黄土公路隧道带裂缝衬砌安全性评价

摘要

黄土公路隧道衬砌开裂病害在施工和运营过程中十分常见，众多隧道在衬砌开裂后仍然能安全地工作。本文以西部某隧道为例，利用断裂力学理论和数值模拟，对带裂缝衬砌安全性评价方法进行了研究，并建立安全预警系统。
　　本文主要得出以下几点结论：
　　1）本文对黄土隧道衬砌开裂病害成因及危害进行了分析，并对裂缝分布、走向及力学形态进行了总结。结合对西部某黄土隧道衬砌裂缝的统计分析发现，宽度大于0.3mm的裂缝居多，平行于隧道轴线的纵向裂缝对衬砌结构危害较大，且超过3/4的纵向裂缝分布于拱顶。并通过抽检发现，裂缝深度跨度较大，最深可接近二次衬砌厚度，对隧道的安全运营威胁极大。
　　2）衬砌裂缝尖端处应力较为集中，是隧道衬砌低应力断裂的罪魁祸首。本文用应力强度因子表征裂缝尖端处的应力场，结合断裂韧度和断裂判据，总结出衬砌裂缝尖端稳定性安全系数K1的计算公式。同时，考虑裂缝破坏了衬砌结构的完整性，降低了截面极限承载力。因此对开裂衬砌截面极限承载力重新进行了计算，并分为全截面开裂，外侧受压内侧受拉和外侧受拉内侧受压三种情况求解，进而得出开裂截面极限承载力安全系数K2。综合考虑得出带裂缝衬砌截面安全系数K=min（K1，K2）。
　　3）以西部某黄土隧道为例，根据地表水沿地表裂缝浸入黄土围岩程度和区域的不同设置几种工况。运用理论计算和数值模拟手段，求解出几种工况下的拱顶带裂缝衬砌的安全系数K，并对安全系数K随拱顶裂缝深度的变化规律进行了分析。分析得出安全系数K值随拱顶裂缝深度的增加加速下降，同时得出裂缝深度越深对隧道工况的变化越敏感。最后对几种工况下的带裂缝隧道衬砌结构进行安全预警分析，并得出相应工况下的安全预警等级区间表。
　　本文对开裂衬砌安全性评价提供了新的评价方法，该方法可有效地考虑到衬砌裂缝尖端稳定性和截面极限承载力，并能最终对具体工程进行安全预警。该方法可为黄土公路隧道开裂衬砌安全性的进一步研究提供参考。

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第一章 绪论

1.1 研究目的及研究意义

1.2 国内外研究现状综述

1.3 主要研究内容

第二章 黄土公路隧道衬砌裂缝特性研究

2.1概述

2.2隧道衬砌裂缝分类

2.3隧道衬砌开裂成因及危害

2.4衬砌裂缝监测

2.5隧道现场检测统计分析

2.6本章小结

第三章 带裂缝衬砌结构安全性评价方法研究

3.1引言

3.2裂缝尖端稳定性安全系数K1

3.3截面承载力安全系数K2

3.4带裂缝衬砌安全性评价方法

3.5本章小结

第四章 几种工况下黄土隧道衬砌安全性评价分析

4.1实例概况介绍

4.2黄土隧道数值模拟分析

4.3上部围岩全部浸水工况下的带裂缝衬砌安全性分析

4.4围岩沿地裂缝部分浸水工况下带裂缝衬砌安全性分析

4.5带裂缝衬砌安全预警

4.6本章小结

结论与建议

结论

进一步建议

参考文献

致谢