衬砌脱空及减薄对隧道地震响应的影响研究

发布时间：2017-10-23 19:38

  本文关键词：衬砌脱空及减薄对隧道地震响应的影响研究

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【摘要】：我国隧道运营总里程已居世界首位,隧道建设方面取得了很大成就,但受限于施工及管理水平,有相当比例运营隧道都存在衬砌背后空洞、衬砌厚度不足、衬砌裂缝等质量缺陷及病损。隧道病损会影响隧道抗震性能,加剧衬砌结构地震破坏,这些带缺陷损伤服役的隧道必将成为未来隧道震害的高危区。本文针对我国强震频发的实际和山岭隧道病损突出的工程现实,采取统计分析、振动台试验和数值计算方法相结合的方法,系统研究了衬砌减薄及背后空洞缺陷条件下隧道的地震响应规律,深入分析了缺陷状况对隧道抗震性能的影响。主要研究内容及成果如下：(1)在文献调研的基础上,系统地分析了隧道缺陷成因、形态及分布规律,在此基础上,以云南地区某服役公路隧道质量检测结果为依据,统计分析了隧道衬砌缺陷特征。结果表明：服役隧道缺陷情况较为普遍且隧道拱项及拱腰等部位更易出现质量缺陷,其中衬砌厚度不足时往往伴随着衬砌背后空洞。(2)结合隧道缺陷现场调查统计结果,以某两车道高速公路隧道为原型,完成了振动台模型试验方案设计,并针对隧道无缺陷、隧道衬砌完好但拱顶衬砌背后空洞、衬砌减薄且背后有空洞等工况,开展振动台模型试验。试验结果表明：衬砌背后空洞及衬砌减薄对隧道地震响应的影响很大,显著降低了隧道结构的抗震性能,改变了隧道地震破坏模式,衬砌减薄和空洞处成为抗震薄弱部位。对于完好隧道情况,在较大加速度(0.6g)时隧道结构出现裂缝,破坏发生在拱腰、墙脚部位;当拱顶存在减薄及空洞缺陷时,分别在0.2g-0.4g范围内衬砌即发生破坏,而且衬砌破坏形式与完好衬砌结构不同,以拱顶及墙脚破坏为主。(3)采用ABAQUS软件,建立了考虑衬砌结构损伤的隧道地震响应计算模型。开展了多种缺陷组合下的地震响应计算。计算结果表明：完好隧道具有良好的抗震性能,缺陷的存在将明显改变衬砌的受力状态及应力分布,显著降低隧道的抗震能力,衬砌拱顶存在背后空洞与减薄缺陷时,拱顶将首先产生受拉损伤,而最终破坏形式,以墙角及拱腰处的损伤最为严重,在0.3g EI Centro地震波作用下的损伤系数可达1。
【关键词】：公路隧道 衬砌减薄及背后空洞 地震响应 模型试验 数值模拟
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U452.28
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 隧道及地下结构抗震研究现状12-22
• 1.2.1 隧道抗震计算理论及研究方法12-16
• 1.2.2 隧道地震响应机理研究现状16-21
• 1.2.3 含初始缺陷或损伤的隧道抗震问题研究现状21-22
• 1.3 主要研究内容及技术路线22-25
• 第二章 服役公路隧道典型缺陷病害统计与分析25-37
• 2.1 引言25
• 2.2 隧道缺陷病害成因及危害25-26
• 2.3 隧道质量检测方法26-28
• 2.3.1 裂缝检测方法26-27
• 2.3.2 衬砌背后空洞及减薄检测方法27-28
• 2.4 隧道衬砌背后空洞及减薄缺陷统计分析28-33
• 2.4.1 地质雷达检测结果28-30
• 2.4.2 衬砌背后空洞统计30-31
• 2.4.3 衬砌厚度减薄统计31-33
• 2.5 隧道衬砌既有裂缝统计33-35
• 2.6 本章小结35-37
• 第三章 衬砌背后空洞及减薄下隧道振动台模型试验设计37-51
• 3.1 引言37
• 3.2 试验装置37
• 3.3 试验工况37-38
• 3.4 相似比设计38-42
• 3.4.1 相似理论及原理38-40
• 3.4.2 相似比设计40-42
• 3.5 试验材料及模型制作42-44
• 3.6 模型箱及边界设计44-47
• 3.7 测试方案设计47-49
• 3.8 地震动参数输入及加载方案49-51
• 第四章 衬砌背后空洞及减薄下隧道振动台试验结果及分析51-75
• 4.1 加速度特征分析51-58
• 4.2 动态土压力特征分析58-62
• 4.3 动应变响应规律62-69
• 4.4 衬砌损伤破坏特征分析69-71
• 4.5 本章小结71-75
• 第五章 衬砌缺陷对隧道地震响应的影响规律研究75-89
• 5.1 计算原理75-79
• 5.1.1 动力学计算原理75-76
• 5.1.2 动力边界76
• 5.1.3 材料阻尼76-77
• 5.1.4 混凝土塑性损伤模型77-79
• 5.2 计算模型79-81
• 5.2.1 计算模型及参数79-81
• 5.2.2 计算步骤81
• 5.2.3 计算工况81
• 5.3 计算结果及分析81-87
• 5.4 本章小结87-89
• 第六章 结论与展望89-93
• 6.1 主要结论89-90
• 6.2 研究展望90-93
• 致谢93-95
• 参考文献95-99
• 攻读学位期间发表论文及专利99

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1 陈先国,高波;地铁近距离平行隧道有限元数值模拟[J];岩石力学与工程学报;2002年09期

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7 赵文政;;老山隧道原生态建设综述[J];公路交通科技(应用技术版);2007年04期

8 蒯行成;刘伟纲;任毕乔;官邑;;初应力法模拟隧道开挖过程的有限元原理及列式[J];中南公路工程;2007年02期

9 吉小明;王宇会;阳志元;;隧道开挖问题中的流固耦合模型及数值模拟[J];岩土力学;2007年S1期

10 付慧;;如何在隧道开挖时防止坍塌[J];职业技术;2007年18期

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1 陈卓然;何泰源;孙福胜;赵基盛;;岩栓加固对隧道开挖的影响[A];海峡两岸土力学及基础工程地工技术学术研讨会论文集[C];1994年

2 庄文任;;选用隧道开挖法之考虑因素表[A];中国土木工程学会隧道及地下工程学会第七届年会暨北京西单地铁车站工程学术讨论会论文集（上）[C];1992年

3 张振刚;齐国红;;隧道开挖作用对地层工程性质的影响[A];第十届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ卷[C];2001年

4 曹玉玲;秦峰;韦雁飞;;论盐坝高速公路大梅沙隧道建设管理工作[A];2001年全国公路隧道学术会议论文集[C];2001年

5 吴宏伟;周小文;J.K.H.Chung;;浅埋平行隧道相互作用离心模型试验研究[A];中国土木工程学会第九届土力学及岩土工程学术会议论文集（下册）[C];2003年

6 傅刚;张林;;“八一”、“向阳”隧道衬砌开裂分析及治理[A];中国土木工程学会第十三届年会暨隧道及地下工程分会第十五届年会论文集[C];2008年

7 A·Richter;杨辉;;水泥和聚氨酯灌浆在矿山和隧道开挖中的应用与效果[A];岩石与混凝土灌浆译文集[C];1995年

8 董亚东;石云;何锦明;;贵广铁路佛山隧道深基坑开挖技术[A];第二届全国地下、水下工程技术交流会论文集[C];2011年

9 田执祥;;新松树湾隧道变形规律的试验研究[A];城市地下空间开发与地下工程施工技术高层论坛论文集[C];2004年

10 王士民;刘丰军;叶飞;汪成兵;;隧道塌方研究中的数值方法发展现状[A];中国土木工程学会第十二届年会暨隧道及地下工程分会第十四届年会论文集[C];2006年

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1 通讯员 陈薇 郭文清;奎北铁路巴音努鲁隧道月底贯通[N];伊犁日报(汉);2008年

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4 通讯员 李连明　何增旺 牟绍书;安邵高速公路I标段隧道开挖突破8000米[N];人民铁道;2011年

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6 石中生 本报通讯员　 田冬 张伟;环保理念贯穿建设始终[N];中国交通报;2006年

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本文编号：1085078