软弱夹层对隧道裂损衬砌稳定性影响研究

发布时间：2025-01-07 02:18

　　裂缝是隧道衬砌常见的病害之一,裂缝的出现将影响隧道工程的正常施工、运营,降低衬砌结构的安全性;软弱夹层作为一种常见的不良地质条件,对围岩完整性、强度造成损害,进而影响衬砌裂缝的稳定性以及衬砌的承载能力。因此,基于工程背景,本文将“软弱夹层”与“裂损衬砌”两个问题结合,针对在含有穿越隧道拱顶的正交软弱夹层围岩条件下,拱顶、拱腰裂损衬砌的稳定性展开研究。通过模型试验、断裂力学理论以及有限元数值计算等方法,得到了在不同倾角的穿越隧道拱顶正交软弱夹层影响下,衬砌所受围岩压力、衬砌内力分布、裂缝应力强度因子、承载能力安全系数等数据,进而对裂损衬砌的变形、受力特性以及破坏机理展开研究。主要工作内容如下:（1）通过地层—结构模型,制作了隧道相似模型试验装置,完成了均质地层、含有穿越拱顶的40°正交软弱夹层地层条件下,拱顶、拱腰裂损衬砌的渐进加载试验,研究了衬砌—围岩径向接触压力变化规律以及衬砌内力分布规律,进而分析了软弱夹层对裂损衬砌受力的影响机理。（2）基于断裂力学理论,通过有限元数值模拟计算了拱顶穿越10°至80°倾角正交软弱夹层条件下拱顶裂缝和拱腰裂缝的应力强度因子K_I、K...

【文章页数】：115 页

【学位级别】：硕士

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1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 衬砌承载能力的研究现状
        1.2.2 衬砌裂缝的研究现状
        1.2.3 软弱结构面对隧道稳定性的研究现状
        1.2.4 存在的不足
    1.3 研究内容及技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 技术路线
        1.3.3 本文主要创新点
2 穿越软弱夹层的裂损衬砌渐进加载模型试验
    2.1 实验目的
    2.2 相似理论与相似关系
        2.2.1 相似模型试验基本理论
        2.2.2 相似模型试验三定理
        2.2.3 相似判据
    2.3 模型试验物理参数
        2.3.1 工程背景与物理参数
        2.3.2 材料物理参数
    2.4 试验装置制作
        2.4.1 隧道模型箱
        2.4.2 衬砌模型制作
        2.4.3 监测方法
    2.5 试验工况与试验步骤
        2.5.1 试验工况
        2.5.2 加载步骤
    2.6 试验结果分析
        2.6.1 径向土压力变化趋势
        2.6.2 裂损衬砌内力分析
        2.6.3 软弱夹层对衬砌受力的影响机理
    2.7 小结
3 软弱夹层对衬砌裂缝稳定性影响研究
    3.1 引言
    3.2 衬砌裂缝稳定性评价方法
        3.2.1 断裂力学基本理论
        3.2.2 裂缝稳定性系数
    3.3 衬砌裂缝稳定性评价方案
        3.3.1 有限元模拟方案
        3.3.2 有限元模拟参数及模型建立
    3.4 各因素对裂缝稳定性影响的分析
        3.4.1 模拟结果及可行性分析
        3.4.2 软弱夹层倾角对裂缝稳定性影响
        3.4.3 裂缝深度对裂缝稳定性影响
    3.5 小结
4 软弱夹层对裂损衬砌承载能力影响研究
    4.1 引言
    4.2 裂损衬砌截面承载能力稳定性评价方法
    4.3 裂损衬砌截面承载力安全系数计算
        4.3.1 裂损截面承载力安全系数
        4.3.2 衬砌承载力安全系数分布
    4.4 小结
5 软弱夹层影响下衬砌受力特性及破坏机理分析
    5.1 引言
    5.2 衬砌各截面受力特性
        5.2.1 拱顶受力特性
        5.2.2 拱肩至拱腰受力特性
        5.2.3 拱脚受力特性
        5.2.4 仰拱和拱底受力特性
    5.3 围岩—软弱夹层—衬砌相互作用机理
        5.3.1 简化荷载—结构模型
        5.3.2 裂损衬砌受力及破坏机理分析
    5.4 小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
附录
    A.作者攻读硕士学位期间发表的学术成果及得奖情况
    B.作者攻读硕士学位期间参与的科研项目
    C.学位论文数据集
致谢



本文编号：4024346