隧道空洞缺陷對襯砌結構的影響及其裂損規(guī)律研究.pdf

1、近年來我國隧道與地下工程建設迅猛發(fā)展，受制于諸多不利因素的影響，相當比例的已建或運營隧道存在隧道空洞質量缺陷。隧道空洞缺陷具有隱蔽性特點，它不直接構成襯砌結構的病害實體，但其間接導致襯砌結構發(fā)生其他病變，潛在的危害性巨大。因此研究隧道空洞缺陷下襯砌結構的病變對于明晰隧道空洞的致災機制具有重大的現實意義。有鑒于此，在總結分析前人研究成果的基礎上綜合運用調查研究、理論分析和數值模擬計算等研究方法，做了以下研究工作:
　　(1)系統(tǒng)的研

2、究分析了隧道空洞的成因與危害，從“圍巖—支護”相互作用關系的角度揭示了隧道空洞引發(fā)結構坍塌的機理。
　　(2)研究了在自重地應力場與水平地應力場中隧道拱頂空洞橫向與豎向尺寸參數對襯砌結構內力的影響規(guī)律，并對比分析了兩參數對襯砌結構內力影響的強弱。研究認為:1）在兩種形式的地應力場中拱頂空洞及其毗鄰區(qū)域內襯砌結構的彎矩值隨著隧道拱頂空洞橫向尺寸或豎向尺寸的增大而呈線性增加的趨勢;2）兩種形式的地應力場中隧道拱頂空洞橫向尺寸對襯砌結構

3、內力的影響強于隧道拱頂空洞豎向尺寸對襯砌結構內力的影響。
　　(3)基于“地層—結構”模型，采用模擬材料斷裂的新理論—擴展有限單元法(XFEM)研究了自重地應力場與水平地應力場中隧道襯砌背后不同位置存在單一空洞與組合空洞時襯砌結構的裂縫分布規(guī)律與隧道結構的破損狀況。研究認為1）在自重地應力場中襯砌結構在隧道空洞影響下易發(fā)生開裂破壞而不易發(fā)生壓潰破壞;2）在水平地應力場中襯砌結構在隧道空洞影響下開裂破壞與壓潰破壞相伴發(fā)生;3）在不同