高铁隧道衬砌缺陷气动荷载影响研究

随着高铁列车运行速度的提高，气动荷载成为隧道结构重要的附加荷载，尤其是素混凝土二次衬砌存在初始缺陷时，气动荷载将对衬砌安全有较大影响。针对素混凝土二次衬砌存在初始裂纹和厚度不足缺陷的情况，分别采用基于断裂力学的数值流形方法和基于荷载-结构模型有限元法，对2种衬砌缺陷在气动荷载作用下的影响开展研究。研究结果表明：隧道素混凝土二次衬砌存在初始缺陷时，气动荷载对缺陷部位的耐久性和长期稳定性有很大影响；隧道衬砌存在裂纹时，在气动荷载作用下，裂纹尖端应力强度因子增大150%以上；衬砌厚度不足时，在气动荷载作用下，缺陷部位拉应力增大54%，衬砌处于“拉-压”循环受力状态。研究结果可为高铁隧道素混凝土结构的长期稳定性及耐久性设计提供参考。