隧道裂损衬砌残余承载性能试验研究

发布时间：2017-04-16 14:01

  本文关键词：隧道裂损衬砌残余承载性能试验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着各级公路网的日渐完善,我国正由公路建设高峰期逐渐转向养护期。隧道作为公路网的咽喉要道,也随之进入病害多发期。调查发现,随着建成公路隧道的增多,受地质、设计、施工及运营管理和维修养护等因素的影响,存在着不同程度的病害现象。本文以交通运输部应用基础研究项目—“病害隧道模拟试验技术及系统研发”作为依托,对“病害相似理论准则推导”、“相似材料研制与测试”、“试验方案设计”、“衬砌开裂相似模拟试验”开展专题研究工作。通过对缩尺试验的相似材料制备技术的调研、相似理论和断裂力学理论的研究、隧道衬砌裂缝的统计分析以及有限元理论的研究,提出制作相似模型试验方案。研究隧道裂损衬砌残余承载性能的变化规律,即二次衬砌存在纵向裂缝的情况下,分析洞周位移—荷载、轴力—荷载、弯矩—荷载之间的相互作用关系、围岩与衬砌间接触压力以及二次衬砌裂缝宽度变化情况。本论文的研究主要内容如下:(1)基于现场裂缝的检测数据,用数学期望、方差、偏度系数和峰度系数这四个统计量概略地反映了裂缝分布的特征,并用?分布拟合说明裂缝分布的全貌。(2)采用ANSYS有限元软件,对V级围岩的二次衬砌进行了设计条件下的安全分析以及存在裂纹条件下结构受力分析,得出在相同载荷作用下,裂缝尖端应力强度因子变化趋势。(3)推导出弹性与塑性模型相似指标、相似判据;物理力学指标测定方法;影响相似材料力学性能的因素:制作条件、制模压力、配比、用水量、缓凝剂用量、养护时间;给出大比例尺模型中相似材料的配比及力学参数:二次衬砌、围岩。(4)物理模型试验设计,即提出大比例尺模型试验的几何和物理相似关系、模型相似材料、模型箱的设计、试验所需仪器及仪器的安装以及试验实施步骤;通过研究隧道衬砌开裂的病害现象以及在外加载条件下的裂缝发展进程,分析带裂缝衬砌残余承载性能变化及其破坏特征;基于施工监测数据,给出V级围岩条件下,拱顶沉降、周边收敛的监测分析以及二次衬砌接触压力、轴力、弯矩随时间变化的规律。
【关键词】：模型试验 衬砌开裂 残余承载力 统计 裂缝分布 大比例尺
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U451.5
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 选题依据及研究意义10-12
• 1.2 相似模型试验研究现状12-14
• 1.2.1 国外相似模型试验研现状12-13
• 1.2.2 国内相似模型试验研究现状13-14
• 1.3 本文研究目的、内容及方法14-16
• 1.3.1 研究目的14-15
• 1.3.2 研究内容15
• 1.3.3 研究方法和技术路线15-16
• 1.4 本文创新点16-17
• 第二章 衬砌裂缝的统计分析17-40
• 2.1 衬砌裂缝的检测方法17-19
• 2.2 衬砌裂缝特性分析19-24
• 2.2.1 分布段落与其分布部位19-20
• 2.2.2 分布段落与其裂缝形态20-21
• 2.2.3 裂缝形态与其分布位置21-23
• 2.2.4 裂缝长度与其宽度间关系23-24
• 2.2.5 裂缝与围岩级别关系24
• 2.3 裂缝长度及宽度分布24-28
• 2.4 偏度系数和峰度系数28-33
• 2.5 概率分布模型的拟合33-38
• 2.5.1 裂缝的正态分布拟合34-36
• 2.5.2 裂缝的β分布拟合36-38
• 2.6 小结38-40
• 第三章 衬砌结构的断裂力学理论与有限元计算40-58
• 3.1 ANSYS有限元软件简介40-41
• 3.2 衬砌结构的结构力学计算41-44
• 3.2.1 计算图式41-42
• 3.2.2 主动荷载作用下的衬砌受力42-43
• 3.2.3 衬砌最终内力计算43-44
• 3.3 衬砌结构的断裂力学计算44-48
• 3.3.1 断裂力学计算模型44
• 3.3.2 应力强度因子计算44-48
• 3.4 结构断裂分析基本过程48-50
• 3.5 设计条件下二次衬砌安全分析50-53
• 3.5.1 模型参数及概况51
• 3.5.2 二次衬砌受力分析51-53
• 3.6 带裂缝条件下二次衬砌安全分析53-56
• 3.6.1 模型参数及概况54
• 3.6.2 二次衬砌带裂缝应力分析54-56
• 3.6.3 应力强度因子分析56
• 3.7 本章小结56-58
• 第四章 病害相似理论推导及材料配比设计58-85
• 4.1 相似准则的导出方法58-59
• 4.2 相似现象与相似性质59-61
• 4.2.1 几何相似59-60
• 4.2.2 物理相似60
• 4.2.3 初始状态相似60
• 4.2.4 边界条件相似60-61
• 4.3 相似定理61-63
• 4.3.1 相似第一定理61-62
• 4.3.2 相似第二定理62-63
• 4.3.3 相似第三定理63
• 4.4 相似指标与相似判据63-68
• 4.4.1 弹性模型的相似指标与相似判据63-65
• 4.4.2 塑性模型的相似指标与相似判据65-68
• 4.5 相似比的确定68-83
• 4.5.1 常见相似材料68-70
• 4.5.2 物理力学指标的测定方法70-77
• 4.5.3 影响相似材料力学性能的因素77-81
• 4.5.4 相似材料配比及力学参数81-83
• 4.6 小结83-85
• 第五章 隧道裂损衬砌残余承载性能试验研究分析85-113
• 5.1 相似模型设计及制作方法85-95
• 5.1.1 整体模型85-86
• 5.1.2 有节理的模型86
• 5.1.3 相似材料的制作工艺86-87
• 5.1.4 模型尺寸的确定87-88
• 5.1.5 模型的制作过程88-95
• 5.2 测试仪器的选取布置及试验工况95-98
• 5.2.1 传感器的选取95-96
• 5.2.2 量测项目及方法96-97
• 5.2.3 测点布设97
• 5.2.4 隧道裂缝试验工况97-98
• 5.3 模型加载及记录试验数据98-99
• 5.3.1 加载步骤98-99
• 5.3.2 试验结果记录99
• 5.4 试验数据处理分析99-106
• 5.4.1 洞周位移分析99-101
• 5.4.2 围岩与衬砌间接触压力分析101-102
• 5.4.3 二次衬砌内力分析102-105
• 5.4.4 二次衬砌裂缝深度及宽度变化105-106
• 5.5 施工监测数据处理分析106-110
• 5.5.1 拱顶沉降及周边收敛106-107
• 5.5.2 二次衬砌接触压力107-108
• 5.5.3 二次衬砌内力108-110
• 5.6 结果对比分析110-111
• 5.7 本章小节111-113
• 第六章 结论与展望113-115
• 6.1 主要研究结论113-114
• 6.2 存在问题和今后的研究问题114-115
• 致谢115-116
• 参考文献116-119
• 攻读学位期间发表的论著及取得的科研成果119-120

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