衬砌裂缝对隧道稳定性的影响与整治技术研究

发布时间：2019-09-06 16:44

【摘要】：随着隧道的大量建设,我国隧道总长已位居世界前列。然而,在修建与营运过程中,隧道衬砌常伴随出现一些病害缺陷;如脱空、裂缝、渗漏水、衬砌厚度不足、麻面等。其中,裂缝就是一种常见的病害,出现在隧道衬砌,时刻威胁着隧道的安全运营。然而,不同的裂缝对隧道的影响不同,有的危害大,有的危害小,有的甚至对隧道没有危害。如何判别这一现象,需具体对隧道裂缝进行分析。衬砌裂缝的表现形式五花八门,因而其分类也是多种多样。国内外学者以其研究方式的不同,分类方式也有很大的差异,本文将结合江西地区的水文地质条件、地形地貌、施工工法等对隧道衬砌裂缝进行分析。江西地区多是砂岩地质,而砂岩的流变特性明显。当围岩蠕变引起的衬砌内力超过混凝土的强度后,衬砌会产生次生裂缝。次生裂缝与原生裂缝不同,多处于不稳定状态,持续发育,对隧道的稳定性影响巨大。本文将选取江西地区典型砂岩制备试样,进行砂岩的相关力学实验,分析砂岩的蠕变曲线,从而确定砂岩的经验本构模型和蠕变力学模型。采用ABAQUS有限元软件模拟围岩蠕变作用下隧道衬砌的稳定性,分析隧道衬砌的薄弱点(即易于开裂处)。通过模拟发现,蠕变作用下,拱顶的应力、变形变化最大。所受应力最大能达到2.5MPa,变形量最大能达到21mm,最容易引发裂缝。拱腰和边墙影响较小。基于扩展有限元理论及cohesive技术,采用ABAQUS深入分析不同位置、不同角度(与隧道轴线成一定夹角)的次生裂缝,在蠕变的作用下,裂缝的扩展过程。得出随着围岩上覆层厚度增加,围岩荷载呈线性增长,在软岩蠕变作用下,更容易引发裂缝的扩展。且与隧道轴线夹角?45以内,随着夹角的增大,裂缝更容易向下扩展。
【图文】：

壳模型

然后可以通过运用 ANSYS 软件安可以得到裂缝的应力强度参数，通以算出1f 值，进而与比较判断衬砌裂缝的安全性。廷的 María D.Crespo 等[67]人运用有限元分析方法研究了温度和预制影响，比较应力和强度的演变评估开裂风险。的David L.N. de F. Amorim 等[68]人提出一种用于管道和隧道结构的非，这个方法是基于集中损伤力学和混凝土开裂的数学模型，由此表征态，甚至可以量化一个简化的裂纹张开位移。ith[69]首次提出损伤力学与裂缝宽度的表达式，建立了脆性损伤力学理研究裂缝的能量关系提供了重要的基础理论。Ksenofontov 等[70]进一与混凝土配筋率的关系，，以脆性断裂理论为基础，通过有限元软模拟开裂的关系后与实验数据加以对比验证。道结构稳定性等级评定标准方面，Zihai Shi[71]提出了虚拟壳观点，如型的优点在于简化了衬砌与岩层的相互作用关系，优化了衬砌结构位算方法，可以更容易分析不同位置裂缝的应力及位移，使衬砌结构的易。

2.1 隧道衬砌裂缝的产状及状态研究隧道衬砌裂缝成因复杂，影响因素众多，且衬砌裂缝表观特征呈多样性。根据不同的研究方向，从宏观的明显裂缝到微观的细微裂缝，按裂缝不同的呈现形态，对隧道衬砌裂缝的分类也不同。结合以往的大量调研资料，可以将裂缝展开如下分类：（1）按裂缝出现部位分类隧道断面一般由三部分组成：拱部、墙部和仰拱，因而可以就裂纹出现在相应的部位来分类，简单的分为：拱部裂缝、侧墙裂缝及仰拱裂缝。而这样粗略的分类难以准确地描述裂缝，因为即使同是拱部裂缝，因其出现位置的差别，其对隧道的影响也不一样。进一步可把拱部裂缝可分为：拱顶裂缝、拱腰裂缝和拱脚裂缝。侧墙裂缝又可为：Pt墙顶部裂缝、侧墙腰部裂缝和侧墙脚部裂缝。而仰拱因其承受围岩的力较小，被底板所覆盖，且不易产生裂缝，对隧道危害较小，因而对其分类较为简略。（2）按裂缝发展方向分类裂缝并不是按规律出现的，出现在拱顶的裂缝也可能会延续到拱腰乃至侧墙，这种裂缝按部位分类就难以界定，因而采用按发展方向进行分类，可以分为：纵向裂缝、斜向裂缝、环向裂缝。
【学位授予单位】：华东交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U451

【参考文献】