公路隧道衬砌裂损机理及结构安全性评价研究

摘要

隧道衬砌结构裂损是隧道修建期间应尽量避免发生的病害，而且是隧道运营阶段养护管理工作防治的重点。本文通过对五十多座隧道进行衬砌裂损病害调查与统计，采用基于混凝土断裂力学理论的扩展有限元法探讨各种诱因下衬砌裂损发展的机理，研究了衬砌结构在裂损存在状态下的受力特性，对衬砌裂损病害进行安全性评估，提出裂损病害安全性评价方法。论文的主要工作及成果有:
　　(1)以隧道裂损病害检测整治项目为依托，介绍衬砌裂损病害现场检测的内容与方法，并通过对五十多座公路隧道衬砌裂损病害现场调查的归纳统计，分析衬砌裂损病害的主要类型与危害，得到隧道衬砌裂损病害的裂缝分布规律以及病害主要诱因。
　　(2)介绍了断裂力学理论的基本原理，采用基于断裂力学的扩展有限元法对衬砌裂损进行仿真模拟，并结合既有试验研究成果，论证了运用扩展有限元法分析衬砌结构裂损病害的可行性。
　　(3)对偏压荷载作用、衬砌背后存在空洞、松动压力作用这几种典型诱因下的衬砌结构进行扩展有限元建模分析，探讨衬砌裂损病害的产生机理、裂缝的外观表现形式与扩展规律以及衬砌结构承载力受到的影响。
　　(4)针对运营隧道，对不同裂损程度的衬砌结构进行对比分析，得到衬砌结构承载力与变形能力的变化规律，在借鉴相关文献的基础上提出隧道衬砌裂损病害的分类标准及结构安全性评价方法。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 问题的提出与研究意义

1．2 国内外研究现状综述

1．2．1 国外隧道衬砌结构裂损的研究现状

1．2．2 国内隧道衬砌结构裂损研究现状

1．2．3 隧道衬砌裂损结构安全性评价的研究现状

1．3 本文的主要研究内容

2 衬砌裂损病害成因分析与现场调查统计

2．1 隧道衬砌裂损类型与成因初步分析

2．1．1 衬砌裂损的危害

2．1．2 隧道衬砌裂损类型

2．1．3 隧道衬砌裂损病害成困初步分析

2．2 隧道衬砌裂损病害现场调查

2．2．1 工程背景

2．2．2 以石鼓洞隧道为倒的裂损病害调查

2．3 隧道村砌裂损病害统计分析

2．4 本章小结

3 断裂力学理论与扩展有限元原理

3．1 概述

3．2 断裂力学与混凝土断裂力学理论

3．2．1 断裂力学基本理论

3．2．2 混凝土断裂力学

3．3 扩展有限元理论在断裂问题中的运用

3．3．1 扩展有限元理论的发展

3．3．2 扩展有限元法在断裂问题中的运用

3．4 衬砌裂损扩展有限元数值模拟的可行性

3．4．1 有限元软件Abaqus的介绍

3．4．2 Abaqus扩展有限元分析衬砌结构裂损的可行性验证

3．5 本章小结

4 衬砌结构裂损破坏机理的研究

4．1 计算模型及相关参数

4．2 衬砌结构裂损破坏主要影响因素分析

4．2．1 偏压荷载下衬砌裂损分析

4．2．2 衬砌背后存在空洞的裂损分析

4．3 本章小结

5 隧道衬砌裂损结构安全性评价研究

5．1 衬砌裂损对结构承载力安全性的影响分析

5．1．1 完整衬砌结构与裂损衬砌结构的比较分析

5．1．2 含不同程度裂损的衬砌结构安全性分析

5．2 衬砌裂损病害分类与结构安全性评价

5．2．1 现行隧道衬砌结构安全性评价体系

5．2．2 裂损结构安全性评价指标

5．2．3 衬砌裂损病害分类及结构安全性评价方法

5．3 本章小结

6 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要研究成果

致谢