铁路隧道钢筋混凝土衬砌结构可靠度分析

研究目的:针对现行《铁路隧道设计规范》中钢筋混凝土构件极限状态方程存在的不足,本文细分钢筋混凝土衬砌中钢筋的各种受力状态,并寻求更精确适用的功能函数及可靠度计算方法,为按可靠度理论修订《铁路隧道设计规范》提供参考。研究结论:(1)基于荷载-结构法模型,通过调研分析得出钢筋受力状态判断的界定方程,建立了适用于隧道钢筋混凝土衬砌结构的大、小偏心受压构件的功能函数及极限状态方程;(2)根据钢筋混凝土衬砌功能函数,应用JC法基本原理,通过分析推导提出一套钢筋混凝土衬砌结构可靠度分析方法,并在铁路隧道标准图衬砌可靠指标计算中得到成功验证;(3)本文提出的钢筋混凝土衬砌的功能函数及可靠度分析方法可直接指导铁路隧道钢筋混凝土衬砌设计。     

区间干涉下衬砌结构系统非概率可靠度研究

研究目的:衬砌结构进行非概率可靠性分析时,非概率可靠度指标0η1,结构发生应力-强度区间干涉。同时衬砌结构系统可靠度分析时,系统各单元失效概率多采用基于概率理论和模糊理论的传统方法。基于此,本文提出应力-强度非概率区间干涉模型,以失效域面积与不确定变量构成的总面积之比表征衬砌结构非概率失效度,并结合"概率网络估算法"将其运用在隧道结构系统非概率可靠度分析中。研究结论:(1)成功解决了区间干涉情况下衬砌结构非概率失效度的求解问题,并且证明了非概率失效度与概率理论所得失效度具有相容性;(2)可以运用衬砌结构区间干涉模型对隧道结构系统中各衬砌单元进行非概率可靠度计算分析;(3)该研究成果为隧道结构系统可靠度分析提供了一种新的可行方法,同时使实际工程中非概率可靠度分析中的区间干涉问题得到解决。     

在役隧道结构多失效模式时变可靠性研究

隧道衬砌结构服役寿命期内的可靠性研究对隧道安全管理具有重要意义。对于混凝土衬砌而言,在服役过程中受到多种时变因素的共同作用,结构存在多种失效模式。为此,提出基于抗力衰减控制、最大裂缝宽度控制和混凝土碳化深度控制的多失效模式的服役隧道衬砌结构时变可靠度分析方法,采用概率故障树模型构建衬砌多失效模式系统可靠度分析模型,利用JC法计算结构的可靠度指标和失效概率,分析衬砌结构可靠度服役期内的变化规律和不同失效模式对可靠性的影响。将该方法进一步应用于某一病害隧道的可靠度分析中,结果表明:随着服役时间的不断增长,结构的可靠度指标不断降低,且多失效模式下的结构失效概率高于单一失效模式。拱顶处相比于其他位置失效概率较高,抗力衰减失效模式对结构可靠性影响最大。模型可以较为合理地反映结构的可靠度水平及变化规律,为衬砌结构可靠性评价提供一种科学合理的参考方法。     

深埋隧道素混凝土衬砌可靠度计算模型研究

采用拉丁超立方抽样技术,研究了围岩压力及结构自重作用下基于荷载—结构模型的素混凝土衬砌可靠度计算模型、作用效应及结构抗力的分布类型和统计特征。隧道衬砌的功能函数可归纳为作用效应和结构抗力两个综合随机变量。研究结果表明,作用效应和结构抗力的概率分布类型直接影响到衬砌可靠度指标计算方法和计算结果的合理性。根据经验判断,隧道素混凝土衬砌的作用效应的概率分布类型为正态分布,结构抗力的概率分布类型可能是正态分布,也可能是对数正态分布。隧道衬砌可靠度指标计算时需要严格判断各截面的抗力分布类型。     

隧道衬砌结构可靠性设计浅论

本文从隧道结构极限状态方程的建立及其变量统计特征求算、结构可靠指标计算方法、可靠指标分析等角度，阐述隧道衬砌结构按可靠度理论作特殊设计的过程及其中存在的问题和应注意的相关信息，为新的《铁路隧道设计规范》的应用及今后推广可靠度理论在隧道领域的应用提供参考。     

不同燃烧温度量级对隧道衬砌强度损伤程度的试验研究

依据对隧道衬砌材料和构件进行实际烧损的试验成果，重点分析了不同火灾温度场与不同烧蚀时间对隧道衬砌力学性能的变化影响；在此基础上提出了隧道衬砌火灾损伤等级的划分标准与耐火极限时间。     

收敛量技术在引滦入津输水隧洞的应用

用收敛量测方法对引滦入津输水隧洞进行长期监测，结合理论分析，全面评价隧道衬砌结构的可靠度。     

用超声波检测隧道衬砌火灾损伤的试验研究

将超声波检测法应用于隧道火灾后的初砌损伤评定，通过试验研究了给出了砼超声波速与砼有关物理力学性能的关系，并对超声波检测常规方法在隧道衬砌火损后的应用给出了评价。     

隧道火灾后衬砌损伤特级的模糊评判方法控制

本文在对隧道衬砌材料与构件进行火损试验和检测的有关试验成果基础上，探讨了用模糊理论来评定隧道火灾后实砌损伤等级的划分方法，并对几种不同温度量级和烧蚀恒温时间条件下衬砌的受损程度进行了综合评判。     

隧道衬砌结构体系可靠度研究

针对隧道二次衬砌结构,从其在围岩荷载作用下的内力分布出发,建立了衬砌结构的串并联体系,由此确定其体系失效模式,进而以蒙特卡罗-随机有限元法为基础,充分考虑材料性能参数、几何尺寸、围岩弹性抗力系数及荷载等的随机性影响,采用区间估计的"宽界限法"对隧道衬砌结构的体系可靠度进行了分析。最后结合一典型工程实例对隧道结构体系的可靠指标进行了计算,计算结果表明:尽管隧道衬砌结构存在局部截面的可靠指标较小,但其体系可靠指标仍较高,整个隧道衬砌结构处于安全状态。     

软土隧道衬砌结构的可靠性设计方法

以可靠度理论为基础,对软土隧道预制混凝土管片衬砌结构的可靠性设计方法进行了初步探索,包括：软土隧道预制混凝土管片衬砌结构的失效模式与极限状态方程,土性参数、混凝土的力学性质、荷载效应等随机变量的统计分析,可靠度指标与分项系数的计算,以分项系数表示的设计表达式的提出等,以期对软土隧道的设计进入概率极限状态设计阶段起到抛砖引玉的作用。     

浅埋隧道荷载的试验研究

通过模型试验对浅埋隧道荷载的现行计算公式进行了验证、补充和完善，对变量的统计特征进行了数理统计分析，从而为衬砌结构的可靠度设计准备了条件。     

隧道衬砌结构可靠性设计浅论

从隧道结构极限状态方程的建立及其变量统计特征求算、结构可靠指标计算方法、可靠指标分析等角度 ,阐述隧道衬砌结构按可靠度理论作特殊设计的过程及其中存在的问题和应注意的相关信息 ,为新的《铁路隧道设计规范》(TB10 0 0 3 2 0 0 1)的应用及今后推广可靠度理论在隧道领域的应用提供参考。     

运营隧道衬砌状态评估体系研究

基于既有铁路运营隧道衬砌状态评估经验和相关隧道状态等级评定规范，建立了采用衬砌厚度变化和衬砌围岩接触状态变化为定量评价指标的铁路隧道衬砌状态评估体系。     

含水量对隧道衬砌混凝土耐火性能影响试验研究

火灾对特长公路隧道衬砌混凝土产生不同程度的损伤,含水量对隧道衬砌混凝土的耐火性能影响较大。对3种不同含水量的混凝土标准试块分别在不同的温度条件下(200,400,600,800,1 000℃)恒温加热5 h后静置冷却,测量其残余抗压强度和劈裂抗拉强度,并与常温下试块的强度进行比较。研究结果表明:高温下混凝土试块爆裂的频率和损伤程度随含水量的升高而加大,混凝土中水分加剧了混凝土耐火性能的劣化;C25混凝土发生爆裂的温度范围为500～600℃,爆裂的临界含水量为6%～8%。此结果可为火灾后隧道衬砌结构的鉴定、修复与补救提供参考。     

用超声波检测隧道衬砌火灾损伤的试验研究

将超声波检测法应用于隧道火灾后的初砌损伤评定,通过试验研究给出了砼超声波速与砼有关物理力学性能的关系,并对超声波检测常规方法在隧道衬砌火损后的应用给出了评价.     

铁路隧道衬砌结构综合分项系数研究

应用可靠度理论制定设计规范是国内外结构设计发展的必然趋势。采用带有分项系数的实用设计表达式,不仅继承了传统结构设计式的形式,而且能体现结构设计对目标可靠指标的要求,还能被设计人员接受。以荷载结构模型为基础,考虑结构抗力的统计特征和荷载效应的不定性,提出铁路隧道衬砌结构设计所采用的实用设计表达式。采用设计验算点法,对不同时速铁路隧道通用参考图二次衬砌结构分析计算综合抗力分项系数和作用效应分项系数,并给出铁路隧道衬砌结构分项系数的推荐值。     

规划地下交通设施以处理好火灾事故

利用实际火灾荷载进行的隧道防火试验得出了有关由火灾及其过程所产生的两方面危险的重要成果。对新结构和再开发既有旧道路、大块墙体隧道的规划原则进行了讨论。而最首要的，是提供了避免隧道衬砌损坏的设计建议。谨以此文献给在本领域以其工作赢得了特别声誉的Horst Falkner教授，在他65岁生日之际。     

寒区隧道冻胀力模型试验及围岩注浆效果研究

为了研究寒区隧道衬砌背后积水位置不同时结构的受力变化规律和破坏形式,进行冻胀力的室内模型试验。模型试验采用不同水囊大小和分布位置来模拟衬砌背后积水情况,通过模型试验箱外界环境整体降温和隧道底部局部降温的方式,模拟隧道外界的低温环境。试验结果表明:衬砌背后冻胀力在拱顶处较小,在边墙和拱脚处较大;在相同的冻胀压力作用下,拱顶处更容易破坏。最后采用数值计算,对比分析围岩注浆前后3种试验工况下隧道衬砌结构的可靠度。结果表明:仅靠提高衬砌结构的厚度和强度来预防或消除衬砌结构冻害的方法是不可取的,在富水区的寒区隧道采用围岩注浆加固具有较好的效果。     

隧道二次衬砌裂损成因分析与评估

对石壁桥隧道二次衬砌裂损状况进行了全面的调查,综合工程地质条件、施工等因素,定性分析了衬砌裂损成因,初步推测隧道二次衬砌裂损与围岩下部基座软弱有关,并进一步采用二维弹塑性有限元分析方法对衬砌结构安全性进行评估。文章从理论及数值分析上解释了该隧道衬砌裂损产生的机理,其结果与现场实际相吻合。