公路隧道开裂衬砌的力学模型与承载机理研究

发布时间：2017-04-26 13:06

  本文关键词：公路隧道开裂衬砌的力学模型与承载机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：隧道二次衬砌开裂是隧道工程中最为常见的病害,开裂衬砌对隧道结构整体安全性、稳定性以及隧道运营效果有着重要的影响。本文在总结国内外相关研究现状以及对公路隧道衬砌裂缝的统计调查分析的基础上,针对开裂衬砌结构的重要问题开展研究,根据隧道衬砌裂缝的形成及扩展过程,从开裂机理出发,结合断裂力学理论,研究开裂衬砌的力学性能,并依托招商局重庆交通科研设计院有限公司承担的交通运输部应用基础研究项目中的专项内容“病害隧道模拟试验技术及系统研发”,开展开裂衬砌结构的承载力性能模型试验,分析研究开裂衬砌结构的承载机理。本文主要进行的工作和取得的成果如下:(1)通过查阅前人的文献资料的基础上,收集了广东、云南、重庆、福建、四川、海南、浙江、西藏等地隧道检测报告进行隧道衬砌裂缝统计分析,得出衬砌裂缝出现的原因与特征;(2)对开裂衬砌结构进行数值模拟分析,采用荷载-结构法,利用ANSYS有限元软件建立断裂力学模型,对比分析研究在Ⅴ级围岩条件下裂缝出现不同部位时衬砌结构的力学特性及对结构承载能力的影响;(3)通过裂纹尖端附近的应力强度因子分析判定不同深度和宽度衬砌裂缝的稳定性,得出拱顶裂纹深度对衬砌结构稳定性系数的影响比宽度大。(4)开展开裂衬砌结构的残余承载性能模型试验,对比分析完好衬砌结构与拱顶处存在纵向裂缝的衬砌结构,分析研究开裂衬砌的承载机理以及残余承载性能。(5)在上述研究的基础上,进一步完善裂缝评价方法,评估开裂衬砌结构的稳定性及安全性,为裂缝的处治提供理论支撑。
【关键词】：开裂衬砌 断裂力学 应力强度因子 稳定性分析 模型试验
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U451.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 研究的背景及意义8-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 衬砌裂缝研究现状10-11
• 1.2.2 隧道衬砌裂缝的分级现状11-13
• 1.2.3 隧道开裂衬砌研究存在的问题与发展方向13-14
• 1.3 主要研究内容14-15
• 第二章 公路隧道衬砌裂缝的成因与统计调查分析15-24
• 2.1 隧道衬砌开裂的类型15-16
• 2.2 衬砌裂缝成因分析16-18
• 2.2.1 衬砌外力作用16-17
• 2.2.2 衬砌材质的劣化17-18
• 2.2.3 设计方面的因素18
• 2.2.4 施工工艺的因素18
• 2.2.5 地质因素18
• 2.3 公路隧道衬砌裂缝的统计调差与分析18-23
• 2.3.1 隧道衬砌裂缝与纵断面的关系19-20
• 2.3.2 隧道衬砌裂缝与横断面的关系20
• 2.3.3 隧道衬砌裂缝与围岩级别的关系20-21
• 2.3.4 隧道衬砌开裂的形态特征21
• 2.3.5 隧道衬砌开裂的长度、宽度特征21-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第三章 隧道衬砌结构开裂机理的理论分析24-34
• 3.1 隧道衬砌裂缝研究理论简介24
• 3.2 线弹性模型24-25
• 3.3 混凝土材料的弹塑性损伤模型25-29
• 3.4 接触单元29
• 3.5 断裂力学基本理论29-33
• 3.5.1 断裂力学基本理论29-30
• 3.5.2 应力强度因子的确定30-32
• 3.5.3 复合荷载作用下的线弹性断裂力学32-33
• 3.6 本章小结33-34
• 第四章 隧道开裂衬砌的数值模拟研究34-51
• 4.1 概述34
• 4.2 混凝土裂缝数值模拟模型34-36
• 4.3 隧道开裂衬砌的力学模型研究36-46
• 4.3.1 无损二次衬砌分析37-39
• 4.3.2 已开裂二次衬砌分析39-46
• 4.4 隧道开裂衬砌的稳定性研究46-50
• 4.4.1 开裂衬砌结构稳定性的评价方法46-49
• 4.4.2 开裂衬砌结构的稳定性分析49-50
• 4.5 本章小结50-51
• 第五章 隧道开裂衬砌的残余承载性能试验51-74
• 5.1 试验研究的目的与意义51
• 5.2 试验概况51-63
• 5.2.1 试验材料及试验准备51-55
• 5.2.2 二衬相似材料的确定55-63
• 5.3 测试仪器的选取与布置63-65
• 5.3.1 传感器的选取63-64
• 5.3.2 量测项目及方法64
• 5.3.3 测点布设64-65
• 5.4 模型加载及记录试验数据65-72
• 5.4.1 加载步骤65-66
• 5.4.2 试验数据处理分析66-72
• 5.5 本章小结72-74
• 第六章 结论及展望74-76
• 6.1 本文的创新点及主要研究成果74-75
• 6.2 有待解决的问题75-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-79
• 攻读学位期间取得的研究成果79

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