隧道衬砌冻胀力学行为研究

发布时间：2018-06-24 03:46

  本文选题：隧道 + 冻涨　； 参考：《石家庄铁道大学》2016年硕士论文

【摘要】：随着我国经济的蓬勃发展,对铁路、公路基础建设的要求逐步提高,伴随着全国路网的日益完善,工程建设逐步向着高纬度、高海拔等气候条件恶劣的寒冷地区延伸。隧道作为路网的重要组成部分,由寒冷的自然条件引起的病害更是普遍存在于既有铁路、公路隧道中。这些病害既对隧道结构造成了严重的破坏,给铁路运营造成了重大的安全隐患。隧道冻胀开裂、渗水挂冰、水沟冻结等问题一直困扰着我国铁路建设和运营。过去对寒区隧道病害机理、围岩温度场及冻胀力计算等问题虽然做过一定研究,但是还没能从根本上解决隧道冻害问题。随着科学技术水平的提高和工程经验的增多,弄清隧道冻害机理,根治隧道病害的愿望显得愈发迫切。本文以高寒地区的冻土隧道作为工程背景,通过相似模型试验和数值仿真模拟相结合的方法,对隧道开挖完成后,因衬砌背后空洞积水,温度下降,积水成冰发生冻涨,从而引起隧道衬砌冻涨开裂的问题进行深入分析和研究。本文基于局部存水学说理论,通过相似模型试验模拟隧道在衬砌背后不同部位局部存水的情况下,分别研究隧道拱顶、拱脚、边墙、墙脚、仰拱等部位存水冻胀对隧道的影响规律。利用ANSYS有限元分析软件,分别研究隧道拱顶、拱脚、边墙、墙脚、仰拱等部位存水冻胀对隧道的影响规律,并对实验数据和数值模拟结果进行归纳分析,总结不同存水位置冻涨力大小的分布规律。衬砌背后积水冻结发生膨胀,会对隧道衬砌整体产生冻胀力,但不同积水位置所产生的冻胀力量值和作用位置均不相同。衬砌在不同积水冻胀位置所受的弯矩也是不同,但最大作用位置和最大冻胀力发生位置基本一致。隧道衬砌所受的冻胀压力以及产生的弯矩的分布情况基本上左右相似对称。冻胀裂缝发生位置一般为产生冻胀力最大处或表面应力集中处,裂缝形式以纵向裂缝为主。衬砌背后积冰冻胀是导致衬砌开裂的主要原因。
[Abstract]:With the rapid development of China's economy, the requirements for railway and highway infrastructure are gradually improved. Along with the increasing improvement of the national road network, the construction of the project has gradually extended to the cold regions with high latitudes and high altitudes. As an important component of the road network, the diseases caused by cold natural conditions are more common. These diseases not only cause serious damage to the structure of the tunnel, but also cause serious safety hazards to the railway operation. The problems of tunnel frost heave cracking, water seepage and ice, and the freezing of the ditch have been perplexing the construction and operation of the railway in our country. Although some problems have been studied, the problem of tunnel frost damage has not been solved fundamentally. With the improvement of science and technology and the increase of engineering experience, it is becoming more and more urgent to find out the mechanism of tunnel frost damage and the desire to cure the tunnel disease. This paper takes the frozen soil tunnel in the high and cold areas as the engineering background and through the similar model test. With the combined method of numerical simulation and simulation, after the tunnel excavation is completed, the problems of the tunnel lining freeze rising and cracking are analyzed and studied. This paper is based on the theory of local water storage theory and simulated the different behind the lining of the tunnel. The influence law of water frost heaving on tunnel vault, arch foot, side wall, wall foot, invert arch and other parts of tunnel is studied respectively. The influence law of water frost heave on tunnel vault, arch foot, side wall, wall, pitching arch and other parts of tunnel is studied by ANSYS finite element analysis software, and the experimental data and numerical simulation results are also studied. The distribution law of the size of the freezing swelling force in different water storage position is summarized. The frost heave force will be produced in the tunnel lining as a whole, but the frost heaving strength and the action position of the tunnel lining are different. The bending moment of the lining in the different water frost heave position is different, but the maximum of the lining is different, but the maximum The location of the action and the maximum frost heaving force are basically the same. The frost heaving pressure and the distribution of the bending moment of the tunnel lining are basically similar and symmetrical. The location of the frost heave crack is usually the largest place of frost heaving force or the surface stress concentration, and the form of the crack is dominated by longitudinal cracks. The ice frost heave behind the lining is the guide. The main cause of the lining cracking.
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U451.4

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本文编号：2059863