衬砌背后空洞对隧道衬砌结构安全性的影响研究

发布时间：2017-06-29 22:10

  本文关键词：衬砌背后空洞对隧道衬砌结构安全性的影响研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着空洞病害广泛的出现在隧道建设与运营中,空洞病害越来越引起建设人员与研究人员的关注。以某高速公路隧道为研究对象,根据现场实际检测发现的空洞状况,运用有限元分析的方法对空洞病害产生的不利影响进行研究,主要做了以下几个方面的工作:(1)在对空洞一般成因及其危害性进行探讨总结的基础上,结合所选取实际工程空洞病害的具体情形,有针对性地分析导致该隧道衬砌背后产生空洞的因素,并根据具体位置及空洞大小提出治理措施;(2)选取空洞现象比较严重的Ⅴ级围岩段为研究对象,针对衬砌背后出现空洞及空洞群的现象,运用地层结构法进行数值模拟分析,分别对衬砌背后存在拱顶空洞及存在双侧拱腰空洞、双侧边墙空洞、拱顶与双侧拱腰空洞、拱顶与双侧边墙空洞、双侧拱腰与双侧边墙空洞等空洞群时进行模拟分析,从空洞出现后衬砌截面弯矩分布形式与弯矩值的变化、围岩总位移大小的变化及衬砌变形状态的改变三方面来分析空洞产生后对衬砌造成的不利影响,分析总结空洞及空洞群出现后对衬砌受力的影响规律,为空洞对该隧道衬砌的不利影响提供理论基础;(3)在使用荷载结构法对空洞进行分析时,运用围岩压力的相关理论,考虑空洞周围一定范围围岩体出现压力增大的现象,对拱顶衬砌背后存在空洞的现象进行数值模拟分析,简要探讨衬砌周围一定范围岩体存在压力增大现象时衬砌受力状态的变化,并对此方法进行简要总结评价。通过所做的以上几方面工作,简述所得结论如下:(1)拱顶空洞使衬砌在拱顶部位由外侧受压变为内侧受压,弯矩值相应发生变化,弯矩在拱腰与边墙之间的位置处增长较大;(2)存在空洞群时,拱腰至拱脚处,衬砌所受弯矩值发生较大改变,在这段部位弯矩值呈现较大增长的现象,同时拱脚处衬砌内外侧所受拉压状态发生改变,拱腰至拱脚部位弯矩值的较大变化增加了此段衬砌的不安全因素;(3)空洞及空洞群的出现对衬砌变形状态影响最严重的部位也是拱腰与边墙之间处,在此处衬砌呈现较大不规则变形,同时此处也是弯矩增幅较大段,若变形过大可导致衬砌开裂及其他病害;(4)运用荷载结构法对空洞分析时,虽考虑部分区域压力增大的现象,但仍有不足之处,主要在于空洞出现后衬砌所受围岩压力值较难准确获得。
【关键词】：空洞 有限元数值模拟 力学影响 形成原因 防治措施
【学位授予单位】：烟台大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U451.4
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 研究意义11
• 1.3 研究现状11-13
• 1.4 研究问题的提出13-14
• 1.5 本文主要研究内容和研究方法14-16
• 1.5.1 本文主要研究内容14
• 1.5.2 本文主要研究方法14-16
• 2 衬砌背后空洞一般成因危害分析及防治探讨16-28
• 2.1 空洞病害特点16
• 2.2 空洞形成原因分析16-22
• 2.2.1 初期支护背后空洞形成原因分析16-20
• 2.2.2 二次衬砌背后空洞形成原因分析20-22
• 2.3 空洞对隧道结构的危害性及不利影响22-24
• 2.4 空洞的一般防治措施探讨24-26
• 2.4.1 空洞的预防24-25
• 2.4.2 空洞的治理措施探讨25-26
• 2.5 本章小结26-28
• 3 现场空洞状况分析28-33
• 3.1 隧址区工程地质概况28-30
• 3.1.1 地形地貌28
• 3.1.2 地质构造28-29
• 3.1.3 地下水状况29
• 3.1.4 隧址区工程地质评价29-30
• 3.2 隧道现场空洞检测结果分析30-33
• 3.2.1 地质雷达检测原理简述30
• 3.2.2 现场空洞状况描述30-31
• 3.2.3 现场空洞问题分析31-32
• 3.2.4 现场空洞问题治理简述32-33
• 4 有限元数值模拟33-69
• 4.1 隧道计算横断面的选取33-34
• 4.2 有限元模拟方案选取34-36
• 4.2.1 地层结构法简介35
• 4.2.2 MIDAS GTS简介35-36
• 4.2.3 MIDAS GTS软件的基本建模流程36
• 4.3 有限元模型的验证36-38
• 4.4 二维有限元数值模拟分析38-68
• 4.4.1 材料计算参数的选取38-39
• 4.4.2 衬砌背后有无空洞时数值模拟对比分析39-66
• 4.4.3 拱顶空洞深度不同时探讨分析66-68
• 4.5 本章小结68-69
• 5 空洞的荷载结构法解析探讨69-78
• 5.1 数值模拟方案的选取69-71
• 5.2 隧道围岩压力的计算71-72
• 5.3 数值模拟结果对比72-76
• 5.4 本章小结76-78
• 6 结论与展望78-80
• 6.1 结论78-79
• 6.2 展望79-80
• 致谢80-81
• 参考文献81-85
• 附录:攻读硕士学位期间发表论文目录85-86

  本文关键词：衬砌背后空洞对隧道衬砌结构安全性的影响研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：499508