石膏圍巖腐蝕特性對隧道襯砌結(jié)構(gòu)安全性影響研究.pdf

1、我國各地高速公路工程隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而大量開展，越來越多的工程不得不面臨十分復(fù)雜的地質(zhì)條件。公路隧道是公路系統(tǒng)的重要組成部分，越來越多隧道在石膏巖地層中修建，石膏巖石一種典型的膨脹腐蝕類圍巖，其腐蝕性會(huì)對襯砌結(jié)構(gòu)強(qiáng)度造成嚴(yán)重劣化，影響隧道后期運(yùn)營安全。針對這一工程病害，本文以禮讓隧道為工程依托，通過設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)研究了不同因素對混凝土腐蝕后強(qiáng)度變化量的影響規(guī)律及權(quán)重，并基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了混凝土腐蝕后強(qiáng)度變化量預(yù)測模型，然后對隧道襯砌結(jié)構(gòu)

2、混凝土腐蝕后受力情況演化進(jìn)行了數(shù)值模擬，主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下：
　　(1)采用正交試驗(yàn)方法，研究了混凝土抗?jié)B等級、C3A含量、腐蝕溶液壓力、SO42-濃度和時(shí)間五個(gè)因素綜合作用下硫酸鹽對混凝土的腐蝕特性，分析了不同因素對混凝土腐蝕后強(qiáng)度變化量的影響規(guī)律，結(jié)果顯示：抗?jié)B等級、C3A含量與混凝土腐蝕后強(qiáng)度變化量成二次函數(shù)關(guān)系，硫酸根濃度和時(shí)間與混凝土腐蝕后強(qiáng)度變化量成對數(shù)函數(shù)關(guān)系，溶液壓力與混凝土腐蝕后強(qiáng)度變化量近似呈線性關(guān)系。

3、r>　　(2)采用極差分析法和層次分析法對各因素對混凝土腐蝕后強(qiáng)度變化量的影響權(quán)重分別進(jìn)行定性分析和定量解算。極差分析結(jié)果顯示各因素按權(quán)重大小排序依次為：C3A含量、硫酸根濃度、時(shí)間、抗?jié)B等級、溶液壓力；層次分析法結(jié)果顯示各因素對應(yīng)的影響權(quán)重依次為：0.3797、0.319、0.101、0.1818、0.0186。
　　(3)基于 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，分別構(gòu)建了隱含層神經(jīng)元個(gè)數(shù)為3~13的混凝土腐蝕后強(qiáng)度變化量預(yù)測模型，并進(jìn)行訓(xùn)練和檢驗(yàn)

4、，檢驗(yàn)結(jié)果表明混凝土腐蝕后強(qiáng)度變化量預(yù)測模型中隱含層神經(jīng)元個(gè)數(shù)為9時(shí)模型預(yù)測結(jié)果最準(zhǔn)確，所選五個(gè)預(yù)測樣本預(yù)測結(jié)果最大誤差為4.2％。
　　(4)基于損傷力學(xué)原理，建立了混凝土完全腐蝕厚度模型，并根據(jù)混凝土腐蝕后強(qiáng)度變化量預(yù)測模型的預(yù)測值，計(jì)算出了禮讓隧道運(yùn)營期10年、20年、……100年后襯砌結(jié)構(gòu)等效完全腐蝕后厚度分別為7.36cm、8.10cm、8.54cm、8.85cm、9.10cm、9.30cm、9.48cm、9.63cm、

5、9.76cm、9.88cm。
　　(5)在常規(guī)荷載-結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，采用接觸分析方法，提出了基于接觸分析的荷載-結(jié)構(gòu)模型，并采用該方法對禮讓隧道襯砌結(jié)構(gòu)受力情況進(jìn)行了模擬，得到了其最大壓應(yīng)力和最大拉應(yīng)力在禮讓隧道運(yùn)營期的變化情況。
　　(6)從多方面提出了禮讓隧道襯砌結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)措施，包括：提出改善噴射混凝土防腐蝕性能、改善二次襯砌防腐蝕性能、采用全包防水板、涂憎水材料等防腐蝕措施。在優(yōu)化后參數(shù)下采用混凝土腐蝕后強(qiáng)度變化