隧道空洞缺陷對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)的影響及其裂損規(guī)律研究.pdf

1、近年來(lái)我國(guó)隧道與地下工程建設(shè)迅猛發(fā)展，受制于諸多不利因素的影響，相當(dāng)比例的已建或運(yùn)營(yíng)隧道存在隧道空洞質(zhì)量缺陷。隧道空洞缺陷具有隱蔽性特點(diǎn)，它不直接構(gòu)成襯砌結(jié)構(gòu)的病害實(shí)體，但其間接導(dǎo)致襯砌結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的病變對(duì)于明晰隧道空洞的致災(zāi)機(jī)制具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。有鑒于此，在總結(jié)分析前人研究成果的基礎(chǔ)上綜合運(yùn)用調(diào)查研究、理論分析和數(shù)值模擬計(jì)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(hù)”相互作用關(guān)系的角度揭示了隧道空洞引發(fā)結(jié)構(gòu)坍塌的機(jī)理。
　　(2)研究了在自重地應(yīng)力場(chǎng)與水平地應(yīng)力場(chǎng)中隧道拱頂空洞橫向與豎向尺寸參數(shù)對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響規(guī)律，并對(duì)比分析了兩參數(shù)對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力影響的強(qiáng)弱。研究認(rèn)為:1）在兩種形式的地應(yīng)力場(chǎng)中拱頂空洞及其毗鄰區(qū)域內(nèi)襯砌結(jié)構(gòu)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(shì);2）兩種形式的地應(yīng)力場(chǎng)中隧道拱頂空洞橫向尺寸對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)

3、內(nèi)力的影響強(qiáng)于隧道拱頂空洞豎向尺寸對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響。
　　(3)基于“地層—結(jié)構(gòu)”模型，采用模擬材料斷裂的新理論—擴(kuò)展有限單元法(XFEM)研究了自重地應(yīng)力場(chǎng)與水平地應(yīng)力場(chǎng)中隧道襯砌背后不同位置存在單一空洞與組合空洞時(shí)襯砌結(jié)構(gòu)的裂縫分布規(guī)律與隧道結(jié)構(gòu)的破損狀況。研究認(rèn)為1）在自重地應(yīng)力場(chǎng)中襯砌結(jié)構(gòu)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(yīng)力場(chǎng)中襯砌結(jié)構(gòu)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