考慮時(shí)空效應(yīng)的隧道襯砌損傷機(jī)理研究.pdf

1、隧道襯砌是隧道結(jié)構(gòu)的重要組成部分，許多隧道病害問題都與隧道襯砌的損傷有關(guān)，隧道襯砌損傷的產(chǎn)生原因、發(fā)展機(jī)理以及其對實(shí)際工程所造成的影響已引起國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。目前，在研究隧道開挖及巖石蠕變對隧道襯砌的影響方面取得了一定的進(jìn)展，對鋼筋混凝土材料的塑性損傷理論也有一定的研究，但針對針對隧道襯砌結(jié)構(gòu)在時(shí)空效應(yīng)條件下的塑性損傷特性研究較少。本人在前人研究的基礎(chǔ)上，采用理論分析與數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法，對基于隧道開挖、巖石蠕變等時(shí)空效應(yīng)的隧

2、道襯砌塑性損傷機(jī)理進(jìn)行了較為系統(tǒng)和深入的研究。論文的主要研究內(nèi)容和成果如下:
　　 1.為了完整準(zhǔn)確的模擬隧道襯砌的損傷行為，本文借助ABAQUS有限元分析軟件模擬了隧道施工的物理過程，基于ABAQUS的強(qiáng)大分析功能提出了一種新的平衡地應(yīng)力的方法。通過該方法平衡地應(yīng)力，相對通用的平衡地應(yīng)力計(jì)算方法，設(shè)置更簡單且更容易收斂:在靜態(tài)加載過程中添加一個(gè)瞬時(shí)重力場，在Incrementation選項(xiàng)中勾選Automatic，此后在計(jì)算過

3、程中會(huì)自動(dòng)平衡地應(yīng)力，通過一個(gè)簡單的模型試驗(yàn)運(yùn)算可知，計(jì)算結(jié)果顯示初始位移在10-5～10-6m數(shù)量級(jí)上，這是符合計(jì)算要求，同時(shí)也證明此方法是切實(shí)有效的。
　　 2.通過對隧道圍巖蠕變的模擬和ABAQUS對隧道圍巖的受力和變形的計(jì)算，建議在蠕變計(jì)算中對初始增量步(Incrementsize:Initial)采用10-1～10-3數(shù)量級(jí)數(shù)值進(jìn)行模擬，對最小增量步(Incrementsize:Minmum)采用10-4～10-6數(shù)量

4、級(jí)數(shù)值進(jìn)行模擬，在收斂性和計(jì)算時(shí)間上都能達(dá)到比較好的效果。而蠕變應(yīng)變的容差(Creepstrainerrortolerance)可以設(shè)為1E-4～1E-6左右，這個(gè)容差可以根據(jù)具體計(jì)算作調(diào)整。這樣設(shè)置既能有效的縮短ABAQUS的計(jì)算時(shí)間，又能一定程度上保證計(jì)算收斂。
　　 3.通過對隧道襯砌損傷模擬結(jié)果分析可以得知，隧道襯砌的損傷產(chǎn)生的規(guī)律以及發(fā)展方式。隧道襯砌的損傷最初產(chǎn)生于一點(diǎn)，即初始損傷;之后由于初始損傷的產(chǎn)生，損傷以由點(diǎn)

5、到面的形式發(fā)展，最后形成一個(gè)損傷面。
　　 4.在鋼筋混凝土襯砌結(jié)構(gòu)中，損傷由拉伸和壓縮兩種力共同作用。通過對模擬結(jié)果分析可知，隧道襯砌損傷主要是由拉伸作用引起的，壓縮作用對襯砌結(jié)構(gòu)的損傷起到次要作用，這與對襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行理論分析得到的結(jié)果是相一致的。
　　 5.隧道襯砌上各點(diǎn)的損傷增長表現(xiàn)一條平滑曲線。其初始損傷是瞬時(shí)產(chǎn)生的，具體表現(xiàn)為損傷曲線初始階段斜率非常大，并且一旦產(chǎn)生損傷其損傷的增長速度非常快，繼而損傷繼續(xù)發(fā)展，