基于断裂理论的纵向开裂运营隧道的安全性研究

发布时间：2021-05-09 21:27

　　渝湘高速武隆中兴隧道于2009年建成投用,中兴隧道为双洞分修特长隧道。在2013年隧道定期检查发现隧道衬砌结构存在严重超宽的裂缝病害,危及隧道结构安全,但该隧道严重裂缝产生的原因至今未能分析清楚。本文以中兴隧道裂缝病害为工程背景,运用断裂力学理论对其进行安全性分析,并以不同的裂缝参数为变量,分析其对隧道安全性的影响,主要研究内容如下:①在中兴隧道衬砌裂缝病害调查结果分析的基础上,采用混凝土断裂力学理论和未开裂结构截面强度验算方法,分析得出隧道结构开裂后隧道的整体安全性。②对开裂的衬砌结构建立简化的有限元模型,采用实体单元PLANE183模拟二次衬砌,平面单元BEAM3模拟初期支护,弹簧单元COMBIN14模拟地层弹簧。利用ANSYS软件后处理中位移外推法,设置裂缝路径,计算二次衬砌裂缝尖端应力强度因子KⅠ、KⅡ,通过工程断裂判据并计算裂缝尖端的稳定系数,判定开裂后中兴隧道衬砌结构的安全性。③本文探讨了隧道结构的裂缝深度、裂缝位置和裂缝角度对裂缝尖端应力强度因子大小的影响,并得到裂缝深度、裂缝位置和裂缝角度对隧道结构安全性的影响规律。 

【文章来源】：重庆交通大学重庆市

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 断裂理论的发展
        1.2.2 隧道结构的计算方法
    1.3 本文主要研究内容
第二章 渝湘高速武隆中兴隧道病害的调查及分析
    2.1 工程概况
    2.2 衬砌裂缝的检测结果
    2.3 衬砌缺陷的检测结果
        2.3.1 衬砌开裂区段雷达测区分布
        2.3.2 衬砌开裂区段设计相关参数
        2.3.3 地质雷达测试结果
    2.4 衬砌裂缝与缺陷的综合分析
    2.5 本章小结
第三章 混凝土断裂理论及隧道开裂后安全性分析的方法
    3.1 混凝土断裂理论及断裂判据
        3.1.1 单一型裂缝的断裂判据
        3.1.2 复合型裂缝的断裂判据
    3.2 利用数值方法计算应力强度因子
        3.2.1 应力强度因子
        3.2.2 数值方法计算应力强度因子
    3.3 衬砌开裂后隧道安全性研究的方法
    3.4 本章小结
第四章 纵向开裂隧道的有限元模型及其运营安全性分析
    4.1 中兴隧道衬砌结构概况
    4.2 有限元软件计算应力强度因子的方法
        4.2.1 基于相互作用积分法计算应力强度因子
        4.2.2 使用位移外推法计算应力强度因子
    4.3 中兴隧道衬砌结构有限元计算模型及安全性评价
        4.3.1 开裂衬砌结构有限元计算模型
        4.3.2 中兴隧道开裂衬砌结构安全性分析方案
    4.4 中兴隧道开裂衬砌结构安全性实例分析
        4.4.1 工况一安全性分析
        4.4.2 工况二安全性分析
        4.4.3 工况三安全性分析
        4.4.4 工况四安全性分析
    4.5 本章小结
第五章 不同裂缝参数对隧道结构安全性影响的研究
    5.1 概述
    5.2 裂缝深度对隧道结构安全性的影响
        5.2.1 有限元计算结果
        5.2.2 数据分析
    5.3 裂缝位置对隧道结构安全性的影响
        5.3.1 有限元计算结果
        5.3.2 数据分析
    5.4 裂缝角度对隧道结构安全性的影响
        5.4.1 有限元计算结果
        5.4.2 数据分析
    5.5 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
在学期间发表的论著及取得的科研成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]裂纹应力强度因子的有限元计算[J]. 乔宝明.  西安科技大学学报. 2010(05)
[2]大体积混凝土温度裂缝扩展过程模拟[J]. 刘杏红,周创兵,常晓林,周伟.  岩土力学. 2010(08)
[3]Study20on20mechanism20of20circumferential20cracks20in20cold-region20tunnels[J]. ZHOU Lincong, ZHENG Yifeng and LI Zhong College of Construction Engineering, Jilin University, Changchun 130026, China.  Global Geology. 2010(02)
[4]弹性与断裂力学复变方法研究进展——纪念弹性与断裂力学复变函数法提出100周年[J]. 刘官厅.  力学与实践. 2010(03)
[5]Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的应力强度因子有限元计算分析[J]. 陈芳,王生楠.  机械设计与制造. 2009(08)
[6]三维表面裂纹相互作用扩展贯通机制试验研究[J]. 黄明利,黄凯珠.  岩石力学与工程学报. 2007(09)
[7]ANSYS参数化设计在裂纹扩展模拟中的应用[J]. 屠立群,孙伟明,蔡东海.  化工装备技术. 2007(03)
[8]三维裂纹应力强度因子数值计算[J]. 张敦福,朱维申,李术才.  岩石力学与工程学报. 2006(S2)
[9]隧道围岩应力与裂纹扩展关系研究[J]. 陆威,佴磊.  城市道桥与防洪. 2006(06)
[10]支持裂纹扩展的三维有限元网格生成算法[J]. 贾超,张树壮.  计算机工程与应用. 2006(31)

博士论文
[1]公路隧道健康诊断计算模型研究[D]. 刘海京.同济大学 2007

硕士论文
[1]断裂力学理论在公路隧道衬砌开裂中的应用研究[D]. 胥民尧.重庆交通大学 2008



本文编号：3178052