橋隧相連工程多源損傷力學(xué)行為與控制技術(shù)研究.pdf

1、橋隧相連工程，是橋梁、隧道、洞口圍巖及其防護(hù)工程的復(fù)雜組合體，在國(guó)內(nèi)、外均有十分廣泛的應(yīng)用。我國(guó)西部、南部很多山區(qū)的高速公路中，橋隧相連的現(xiàn)象十分普遍，其顯著的特點(diǎn)是橋梁、隧道及洞口巖土體之間存在相互影響，因此受到的擾動(dòng)或損傷來源廣泛，在各種作用下的力學(xué)行為也異常復(fù)雜。尤其是軟弱圍巖條件下的橋隧相連工程，由于各結(jié)構(gòu)或部位間的相互影響更加顯著，其橋、隧結(jié)構(gòu)各關(guān)鍵部位、洞口圍巖及附近巖土體的多源損傷、力學(xué)行為以及各類工程病害的產(chǎn)生和發(fā)展，必

2、然是多種復(fù)雜影響因素的耦合作用的結(jié)果。然而，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)軟弱圍巖（如Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖）中橋隧搭接（或鄰接）工程的研究，存在著對(duì)施工過程及后期運(yùn)營(yíng)中的橋梁與隧道結(jié)構(gòu)各部位、洞口圍巖及附近巖土體等的多源損傷或多部位損傷與力學(xué)行為響應(yīng)或病害規(guī)律及機(jī)理鮮有深入研究的情況，以及極少考慮橋、隧、巖三者間的相互影響或長(zhǎng)期的車輛荷載（尤其是重載、超載車輛）及其沖擊作用對(duì)橋隧相連段中橋、隧結(jié)構(gòu)及相關(guān)巖土體等產(chǎn)生的各種不利影響的現(xiàn)狀。
　　隨著橋隧相連在

3、國(guó)內(nèi)外的日益廣泛應(yīng)用和發(fā)展，越來越多的多源損傷或工程病害現(xiàn)象以及各種復(fù)雜多變的影響因素與相關(guān)問題的不斷出現(xiàn)，在對(duì)相關(guān)工程的設(shè)計(jì)、施工提出新要求的同時(shí)，還必須慎重考慮其對(duì)大量已建成的橋隧相連工程在后期運(yùn)營(yíng)、管理或維護(hù)中產(chǎn)生的各種具體影響等問題。
　　針對(duì)上述問題，本文結(jié)合貴州省重大專項(xiàng)研究項(xiàng)目(200904)和湖南省交通科技項(xiàng)目(200928)“橋隧相連工程多源損傷力學(xué)行為與控制技術(shù)研究”，在試驗(yàn)和理論研究的基礎(chǔ)上，主要開展了以下幾

4、項(xiàng)工作:
　　(1)在闡述和分析橋隧相連工程應(yīng)用及主要特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，分析了橋隧相連工程的多源損傷特點(diǎn)，探討了導(dǎo)致橋隧相連工程多源損傷及復(fù)雜力學(xué)行為機(jī)理，并分析了誘發(fā)橋隧相連多源損傷與復(fù)雜力學(xué)行為的主要影響因素。
　　(2)通過多工況下的橋隧相連工程室內(nèi)模型試驗(yàn)研究，初步探討了橋隧相連工程的多源損傷特點(diǎn)和各部位間的相互作用機(jī)理，在橋隧相連的施工過程及后期運(yùn)營(yíng)中橋梁、隧道各部位及周圍巖土體等的力學(xué)行為特征，易出現(xiàn)的各種損傷或病害

5、的誘發(fā)機(jī)理及發(fā)展規(guī)律，并根據(jù)相關(guān)模型試驗(yàn)結(jié)果提出了控制或減少多種損傷或病害產(chǎn)生或發(fā)展的合理化建議。
　　(3)分析了橋隧相連中各種工程材料的損傷特性，給出了材料普適彈塑性本構(gòu)關(guān)系的詳細(xì)表述，并以此為基礎(chǔ)探討了材料的彈塑性損傷本構(gòu)的一般形式，給出了相應(yīng)的損傷本構(gòu)關(guān)系、損傷演化方程的具體形式;之后，基于損傷理論探討并分析了一些常用且適于描述橋隧相連工程中混凝土和巖土體材料各種損傷的本構(gòu)模型及其具體形式，以及各自的特點(diǎn)和適用性。

6、　　(4)依據(jù)工程結(jié)構(gòu)和材料的彈塑性損傷及疲勞損傷累積等理論和分析方法，提出了橋隧相連多源損傷力學(xué)行為數(shù)值模擬簡(jiǎn)化分析方法和考慮損傷效應(yīng)的橋隧相連處樁基橋臺(tái)的簡(jiǎn)化計(jì)算方法;進(jìn)行了適用于軟弱圍巖條件下橋隧相連中橋隧結(jié)構(gòu)及巖土體損傷數(shù)值分析程序和本構(gòu)模型的二次開發(fā)，給出了相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)方法、程序分析步驟與相關(guān)計(jì)算公式的具體表達(dá)式，方便工程實(shí)際應(yīng)用或簡(jiǎn)化分析時(shí)采用。
　　(5)根據(jù)相應(yīng)的數(shù)值模擬簡(jiǎn)化分析方法，建立了一系列模擬橋隧相連多源損傷