重载铁路隧道病害分级及对隧道安全性影响研究
发布时间：2021-01-06 20:39
重载铁路运输作为我国物资运输的一种重要形式,承担着与日俱增的物流任务。为了缓解日趋紧张的运输需求,重载列车的轴重不断增加,进而导致重载铁路隧道病害现象愈发严重。本文以线弹性断裂力学为理论基础,通过建立开裂衬砌的“荷载—结构”模型,计算了不同围岩环境下、不同位置、不同深度开裂衬砌的裂缝尖端应力强度因子和稳定性系数,分析了不同工况下开裂衬砌的应力状态,并以裂缝深度为指标对衬砌开裂病害进行了分级。基于工程可靠度理论,考虑了多个计算参数的概率统计特征,建立了隧道衬砌背后存在空洞时的“地层—结构”随机有限元模型,计算了不同围岩环境下,不同位置存在不同规模空洞时的衬砌结构内力及可靠指标,总结了空洞位置、规模与衬砌内力及可靠指标的关系,并以空洞规模为指标对衬砌背后空洞病害进行了分级。以30 t轴重列车基底动压力实测值为动荷载,建立了隧道基底动力有限元模型,分析了基底填充层的动应力响应特征,并结合混凝土疲劳破坏理论,提出了适用于隧道基底填充层的拉压疲劳S-N曲线,计算得到不同厚度填充层的疲劳寿命,并以填充层厚度为指标对重载铁路隧道基底填充层厚度不足病害进行了分级。
【文章来源】：石家庄铁道大学河北省
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
我国衬砌裂损劣化评定等级
(a)Ⅰ型(张开型) (b)Ⅱ型(滑开型) (c) Ⅲ型(撕开型)图 2-1 裂缝的三种形式其中Ⅰ型和Ⅱ型裂缝的扩展发生在 xy 平面内，可为平面应力问题或者为平面应变问题；Ⅲ型裂缝的扩展发生在垂直于 xy 的平面中。线弹性断裂力学的基本观点是，开裂结构体为理想线弹性体，因此在分析开裂结构体时，弹性力学的一些理论也同样适用。最初的断裂力学理论是由Griffith[1]提出的，他认为既有裂缝继续发生延伸或者扩展时需要消耗一定的能量，而当结构发生变形时所释放的弹性应变能满足这个能量需求时，裂缝便会发生扩展，这一观点成为断裂力学研究的开端。之后 Irwin[2-4]在 Griffith 能量平衡理论基础上提出了裂缝尖端的能量其实是与尖端的应力场强度是一致的，当裂缝尖端的应力场达到一定的强度时，裂缝便会继续发生扩展，此观点形成了裂缝扩展判别依据理论中应力强度因子法，该方法一直沿用至今。2.1.2 隧道衬砌断裂判据在线弹性断裂力学中，结构体的断裂判据主要有种，第一种是以弹性理论
及其在有限元分析中的应用子的确定强度因子 K，常用的方法有解析法、数值法和具有复杂性和多变性，不能很好地满足解析法仅在特殊情况下适用；实验法由于操作难度较在工程实践中也很少应用；而数值法基于计算作简单，计算效率高，故目前被广泛应用于需线弹性断裂力学的理论，其基本观点是，裂缝裂缝体时，弹性力学的一些理论也同样适用。示的局部坐标系下，可以推导出Ⅰ型(张开型)裂下所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]铁路隧道仰拱及仰拱填充层动力响应分析[J]. 杜明庆,张顶立,房倩,张素磊,熊磊晋. 中国铁道科学. 2016(03)
[2]既有重载铁路隧道基底混凝土厚度对隧底结构受力的影响[J]. 程建平. 铁道建筑. 2015(07)
[3]30t轴重下隧底密实度对隧底结构受力的影响及隧底加固效果分析[J]. 薛继连. 中国铁道科学. 2015(01)
[4]重载列车作用下隧道结构的动应力分析[J]. 尹成斐,付兵先,马伟斌. 中国铁道科学. 2013(03)
[5]高速铁路隧道列车振动响应影响因素分析[J]. 丁祖德,彭立敏,雷明锋,施成华. 铁道科学与工程学报. 2011(04)
[6]公路隧道衬砌后空洞对结构安全的影响[J]. 朱春生,杨晓华,来弘鹏,朱玉萍. 长安大学学报(自然科学版). 2010(05)
[7]隧道振动响应研究进展[J]. 黄娟,彭立敏,李晓英,施成华. 中国铁道科学. 2009(02)
[8]衬砌背后空洞对在役隧道结构安全性影响研究[J]. 彭跃,王桂林,张永兴,施毅. 地下空间与工程学报. 2008(06)
[9]高速列车荷载作用下仰拱对隧道整体动力特性的影响分析[J]. 王志勇,梁波. 现代隧道技术. 2008(05)
[10]衬砌背后空洞对隧道结构承载力影响的模型试验研究[J]. 佘健,何川,汪波,汪洋. 公路交通科技. 2008(01)
硕士论文
[1]公路隧道衬砌裂损机理及结构安全性评价研究[D]. 郑阳焱.中南大学 2014
[2]重载铁路隧道动态测试及仰拱抗冲击性能试验研究[D]. 李幸吉.石家庄铁道大学 2014
[3]铁路隧道复合式衬砌计算模型及结构可靠度分析[D]. 齐键旭.石家庄铁道大学 2014
[4]高速公路隧道衬砌背后空洞影响及安全性分析[D]. 周强.重庆交通大学 2013
[5]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
[6]混凝土材料疲劳破坏准则研究[D]. 侯景鹏.大连理工大学 2001
本文编号：2961223
【文章来源】：石家庄铁道大学河北省
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
我国衬砌裂损劣化评定等级
(a)Ⅰ型(张开型) (b)Ⅱ型(滑开型) (c) Ⅲ型(撕开型)图 2-1 裂缝的三种形式其中Ⅰ型和Ⅱ型裂缝的扩展发生在 xy 平面内，可为平面应力问题或者为平面应变问题；Ⅲ型裂缝的扩展发生在垂直于 xy 的平面中。线弹性断裂力学的基本观点是，开裂结构体为理想线弹性体，因此在分析开裂结构体时，弹性力学的一些理论也同样适用。最初的断裂力学理论是由Griffith[1]提出的，他认为既有裂缝继续发生延伸或者扩展时需要消耗一定的能量，而当结构发生变形时所释放的弹性应变能满足这个能量需求时，裂缝便会发生扩展，这一观点成为断裂力学研究的开端。之后 Irwin[2-4]在 Griffith 能量平衡理论基础上提出了裂缝尖端的能量其实是与尖端的应力场强度是一致的，当裂缝尖端的应力场达到一定的强度时，裂缝便会继续发生扩展，此观点形成了裂缝扩展判别依据理论中应力强度因子法，该方法一直沿用至今。2.1.2 隧道衬砌断裂判据在线弹性断裂力学中，结构体的断裂判据主要有种，第一种是以弹性理论
及其在有限元分析中的应用子的确定强度因子 K，常用的方法有解析法、数值法和具有复杂性和多变性，不能很好地满足解析法仅在特殊情况下适用；实验法由于操作难度较在工程实践中也很少应用；而数值法基于计算作简单，计算效率高，故目前被广泛应用于需线弹性断裂力学的理论，其基本观点是，裂缝裂缝体时，弹性力学的一些理论也同样适用。示的局部坐标系下，可以推导出Ⅰ型(张开型)裂下所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]铁路隧道仰拱及仰拱填充层动力响应分析[J]. 杜明庆,张顶立,房倩,张素磊,熊磊晋. 中国铁道科学. 2016(03)
[2]既有重载铁路隧道基底混凝土厚度对隧底结构受力的影响[J]. 程建平. 铁道建筑. 2015(07)
[3]30t轴重下隧底密实度对隧底结构受力的影响及隧底加固效果分析[J]. 薛继连. 中国铁道科学. 2015(01)
[4]重载列车作用下隧道结构的动应力分析[J]. 尹成斐,付兵先,马伟斌. 中国铁道科学. 2013(03)
[5]高速铁路隧道列车振动响应影响因素分析[J]. 丁祖德,彭立敏,雷明锋,施成华. 铁道科学与工程学报. 2011(04)
[6]公路隧道衬砌后空洞对结构安全的影响[J]. 朱春生,杨晓华,来弘鹏,朱玉萍. 长安大学学报(自然科学版). 2010(05)
[7]隧道振动响应研究进展[J]. 黄娟,彭立敏,李晓英,施成华. 中国铁道科学. 2009(02)
[8]衬砌背后空洞对在役隧道结构安全性影响研究[J]. 彭跃,王桂林,张永兴,施毅. 地下空间与工程学报. 2008(06)
[9]高速列车荷载作用下仰拱对隧道整体动力特性的影响分析[J]. 王志勇,梁波. 现代隧道技术. 2008(05)
[10]衬砌背后空洞对隧道结构承载力影响的模型试验研究[J]. 佘健,何川,汪波,汪洋. 公路交通科技. 2008(01)
硕士论文
[1]公路隧道衬砌裂损机理及结构安全性评价研究[D]. 郑阳焱.中南大学 2014
[2]重载铁路隧道动态测试及仰拱抗冲击性能试验研究[D]. 李幸吉.石家庄铁道大学 2014
[3]铁路隧道复合式衬砌计算模型及结构可靠度分析[D]. 齐键旭.石家庄铁道大学 2014
[4]高速公路隧道衬砌背后空洞影响及安全性分析[D]. 周强.重庆交通大学 2013
[5]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
[6]混凝土材料疲劳破坏准则研究[D]. 侯景鹏.大连理工大学 2001
本文编号：2961223
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