公路隧道二次衬砌纵向裂缝非线性数值模拟研究

已建隧道普遍存在衬砌开裂现象,裂缝的存在会降低隧道衬砌的承载能力.文章为研究带裂缝隧道衬砌的力学性能,提出了塑性地压、松弛土压、偏压等三种受力裂缝数值模拟的荷载施加模式;分析了几种常见裂缝模型的原理及适用性,并且基于钢筋混凝土有限元非线性分析理论,利用分布裂缝模型进行不同荷载模式下隧道二次衬砌开裂至破坏的全过程分析;通过计算得出了不同加载方式下裂缝的发展及分布规律.研究结果可为隧道衬砌裂缝成因判断及二次衬砌加固改造提供理论支撑.     

大断面海底隧道初期支护变异对二次衬砌安全性的影响

运用大型有限元通用软件ANSYS和钢拱架与混凝土间的粘结滑移退化模型,分析了海底隧道典型初期支护裂缝及钢拱架锈蚀对二次衬砌安全性的影响规律.相对于未开裂前,拱顶开裂造成二次衬砌边墙安全系数最大降幅达5.0%,拱腰开裂造成未开裂侧二次衬砌边墙安全系数最大降幅达15.6%;初期支护承受全部围岩荷载时,钢拱架锈蚀对二次衬砌拱顶安全系数的影响最大,80%锈蚀率时拱顶安全系数降幅为10.0%左右.     

基岩完整隧道衬砌环向裂缝成因分析及其防治措施

文章通过向莆铁路线七座完整基岩隧道二次衬砌环向裂缝的统计,对隧道衬砌开裂的原因进行了综合分析,阐述了混凝土结构裂缝的危害大小程度,以及设计及施工管理过程中对衬砌裂缝的控制途径,并对此提出了相应的处理措施和建议.     

片岩隧道群衬砌开裂特征与机理分析

在对湖北省谷竹高速公路隧道二次衬砌完整性的调查过程中,发现片岩隧道普遍存在二次衬砌开裂现象。为了合理科学地治理开裂问题,文章通过对沿线48座隧道的调查分析,归纳和总结出该区段隧道二次衬砌开裂的6大特征:片岩隧道二次衬砌开裂现象普遍;开裂位置主要位于进、出口浅埋段;先行洞裂缝数量多于后行洞,开裂形式主要为斜向开裂;在发生大变形、塌方等地段二次衬砌容易开裂;开裂的时间一般在二次衬砌施作5个月后。在此基础上,通过室内试验与现场调查共同分析二次衬砌开裂的成因机理,并得出原因:片岩的强度低,遇水易软化;洞口处的浅埋段成拱性差;偏压现象普遍;仰拱不均匀沉降;岩石受地下水的影响及岩体的蠕变效应。最后,根据开裂原因提出相应的增加围岩级别、加强洞口施工及重视小净距中夹岩稳定设计等建议措施,为类似工程提供相关参考依据。     

隧道衬砌多点独立加载试验系统研发与应用

隧道衬砌模型试验是一种研究衬砌力学性能和开裂行为、指导隧道衬砌结构设计优化与维修加固的重要试验手段。文章介绍了自主研发的隧道衬砌多点独立加载试验系统,该系统能够按照二次衬砌荷载的分布形态和量值,对大尺寸衬砌模型的15个关键位置进行低速高精度加载,实现复杂受力条件下衬砌结构受力变形和开裂行为的物理模拟。以某黄土隧道浅埋段衬砌断面为试验背景,基于二次衬砌受荷现场监测结果,利用该试验系统进行了相似比为1∶10的二次衬砌受力变形模型试验,归纳总结了二次衬砌的开裂特征与应变变化规律。结果表明,该系统加载效果良好,加载精度满足工程试验要求。其试验结果有助于预测二次衬砌裂缝病害发展,明确衬砌加固重点区域,可为衬砌的维修加固提供帮助。     

隧道二次衬砌裂缝处治技术的应用

文章结合高速公路隧道病害处治实例,介绍了隧道二次衬砌裂缝产生的原因、衬砌裂缝处治方案及施工工艺,并阐述了隧道衬砌裂缝处治技术在公路隧道病害处治中的应用情况。     

地铁暗挖隧道二次衬砌水头控制值及影响因素研究

文章结合广州某地铁暗挖隧道二次衬砌结构特点,通过三维数值模拟,研究了外水压力作用下二次衬砌的渐进性破坏过程。获得了二次衬砌各受力阶段对应的水头控制值,并针对影响二次衬砌水头控制值的相关因素进行了参数敏感性分析。根据现场检测结果,分析论证了某暗挖地铁隧道二次衬砌结构出现局部垮塌事故的主要原因。研究结果表明:广州地铁常规单线暗挖隧道二次衬砌的起裂开裂水头为30 m,水头大于47 m后裂缝深度将超过保护层厚度,大于74 m后混凝土压碎,大于90 m后钢筋屈服,大于95 m后裂缝贯通截面;为保证二次衬砌的耐久性,水头控制值应设定为47 m;对二次衬砌进行合理配筋并确保二次衬砌厚度,可有效提高二次衬砌的水头控制值;某隧道二次衬砌出现局部垮塌事故的主要原因为较高外水压力作用下二次衬砌厚度严重不足所致。     

鹧鸪山隧道二次衬砌开裂机理及支护时机探讨

隧道二次衬砌开裂成因复杂,只有分清隧道二次衬砌开裂原因,才能对其提出合理的处治对策,以保证隧道施工、运营安全。文章以某高速公路(炭质)千枚岩隧道为例,基于隧道出口段二次衬砌开裂特征,结合现场监控量测以及工程地质条件,分析该隧道二次衬砌开裂主要原因是围岩地质条件差、围岩级别低且二次衬砌施作过早。然后进一步采用数值计算分析不同二次衬砌施作时机下的应力特征,结果表明:二次衬砌施作过早导致边墙和拱腰附近二次衬砌内侧产生较大的拉应力,且二次衬砌施作越早,拉应力越大,这将导致二次衬砌张拉开裂;在初期支护变形量为隧道最终变形收敛值的65%~70%之后施作二次衬砌较适宜。建议在类似隧道施工中加强监控量测,严格控制二次衬砌支护时机。     

衬砌开裂隧道的稳定性分析及治理技术

隧道衬砌开裂将影响隧道的承载能力和使用安全.文章主要分析了铁路隧道开裂状况及原因,对裂缝宽度的影响程度进行了分级,利用断裂力学的方法研究了衬砌开裂隧道的稳定性,并提出了相应的裂缝治理技术.     

铁路隧道结构设计参数对二次衬砌裂缝影响规律研究

对玉磨铁路安定隧道二次衬砌裂缝的分布进行统计分析，并提出一种更接近实际荷载情况的模拟方法，对二次衬砌的裂缝发展规律和控制因素进行研究。采用正交试验研究四因素（混凝土强度等级、衬砌厚度、钢筋直径、保护层厚度）三水平条件下衬砌裂缝情况。结果表明：现场衬砌裂缝分布情况统计显示裂缝主要分布于拱脚和拱腰位置，拱顶次之，拱肩裂缝较少，纵向裂缝比例达到63%，环向裂缝和斜向裂缝占比分别为18%和19%；衬砌各部位损伤出现的顺序为拱脚、拱顶、拱腰、拱肩，而裂缝发展程度一般为拱脚>拱腰>拱顶>拱肩；二次衬砌结构参数对拱脚裂缝宽度的影响程度为混凝土强度等级>保护层厚度>衬砌厚度>钢筋直径；随着因素水平的提升，混凝土强度等级、衬砌厚度、钢筋直径的影响程度逐渐减小，衬砌厚度影响趋势则相反。     

裂缝数量对隧道衬砌稳定性的影响研究

为研究裂缝数量对隧道衬砌结构承载性能及安全性的影响机理，基于断裂力学理论建立带裂缝衬砌内力计算模型，推导双裂缝情况下应力强度因子计算公式，并分析开裂衬砌结构内力和稳定系数的变化规律，不同数量裂缝对衬砌结构内力的影响规律以及开裂部位拉应力的变化情况。结果表明：与拱顶存在1条裂缝相比，存在2条裂缝时承载能力仅降低1.35%，稳定系数降低6.9%；存在3条裂缝时承载能力降低2.26%，稳定系数降低8.1%。拱顶存在多条相近裂缝时，其中一条裂缝对其他裂缝有一定闭合作用，不会加速裂缝的扩展。     

分离式套拱加固带裂缝衬砌的变形规律试验研究

文章基于1∶10的相似比制作拱顶带单条纵向裂缝且裂缝深度为原衬砌厚度1/3的隧道二次衬砌模型,采用弹簧模拟地层抗力,进行了分离式套拱加固衬砌(原衬砌与新增套拱之间增设防水板)的径向加载试验,得出了带裂缝衬砌经分离式套拱加固后的变形规律与破坏模式。结果表明,在松动荷载作用下,分离式套拱加固结构的受力过程分为"初期加载—预制裂缝径向贯通、预制裂缝径向贯通—套拱拱顶裂缝径向贯通、套拱拱顶裂缝径向贯通—试件破坏"三阶段,破坏荷载由原衬砌拱腰截面控制,关键部位破坏顺序为拱顶开裂—拱腰断裂—拱顶破坏,整体破坏性质为脆性破坏。     

公路隧道二次衬砌裂缝的成因与处治分析

文章以某公路隧道为例，对二次衬砌裂缝产生的原因进行分析，介绍了采用壁可法和粘贴碳纤维布法进行裂缝处治的方案，对公路隧道二次衬砌裂缝的预防和处治具有一定的借鉴意义。     

流变荷载作用下公路隧道二次衬砌开裂特征研究

针对流变荷载作用下公路隧道二次衬砌裂损情况随运营年限增加不断显现的问题,文章基于离散元-有限差分耦合计算方法,对流变荷载作用下二次衬砌的裂损过程进行分析,并探讨了地应力场及衬砌背后空洞对二次衬砌破坏特征的影响。结果表明:(1)地应力场对二次衬砌的破坏形态有较大影响,当λ=0.5时,裂损主要发生在拱顶与拱底区域;当λ=1或2时,裂损主要发生在左右拱腰区域;(2)当拱顶存在空洞时,衬砌裂损过程及最终破坏形态与无空洞情况存在差异;当拱肩存在空洞时,衬砌裂损过程及最终破坏形态与无空洞情况相似;当拱腰存在空洞时,衬砌裂损过程与无空洞情况不同,但其最终破坏形态与无空洞情况相似;(3)当拱顶及拱肩存在空洞时,衬砌裂损过程及最终破坏形态与仅拱顶存在空洞情况相似;当拱肩与拱腰或拱顶与拱腰存在空洞时,衬砌裂损过程及最终破坏形态与单一空洞情况存在差异;(4)不同空洞数量及空洞组合情况下,空洞附近处的混凝土均出现开裂。     

汶川地震各地震烈度区公路隧道震害特征研究

文章结合汶川地震震区大量公路隧道震害资料,对各地震烈度区公路隧道震害特征进行了研究。结果表明:6度区隧道均未破坏;7度区出现落石灾害,砸坏洞门、边仰坡结构;8~11度区硬岩隧道洞身衬砌基本无震害,8度区软岩隧道洞身衬砌出现轻微开裂、渗水;9度区软岩隧道洞身衬砌开裂严重,出现网状开裂、大面积渗水,出现混凝土剥落、掉块以及二次衬砌垮塌等,洞口边仰坡出现滑塌、崩塌,堵塞洞门;10度区软岩隧道洞身二次衬砌垮塌增多;11度区软岩隧道洞身出现围岩垮塌。研究成果对进一步研究高烈度地震区公路隧道震害机理及抗震对策有着重要的意义。     

隧道工程自应力混凝土防水防裂措施探讨

隧道二衬开裂是目前各地区隧道工程中常见的病害之一,目前主要使用自应力混凝土防水防裂技术进行处理。文章分析了隧道衬砌结构裂缝机理,介绍了自应力混凝土衬砌防水防裂技术措施,并提出了施工过程中的注意事项。     

碳纤维布在连拱隧道衬砌裂缝病害治理中的应用

延安至安塞高速公路墩山连拱隧道主体工程完工后,衬砌出现了不同程度的裂缝和渗漏水等病害,通过对衬砌裂缝特征、产生原因的分析,并根据裂缝的开裂程度与发展规律,采用碳纤维布对隧道衬砌裂缝进行了局部修复和整体加固补强。由于在施工过程中严格控制施工工艺和施工质量,达到了预期效果。通过碳纤维加固模拟和监测表明:衬砌裂缝得到了有效控制,支护受力处于安全状态,围岩稳定,碳纤维布加固效果显著。     

公路隧道二次衬砌渗漏水注浆加固效果分析

文章基于某公路隧道二次衬砌渗漏水注浆加固实践,对超细水泥、普通硅酸盐水泥及聚合物水泥3种注浆材料的注浆效果进行对比分析。通过开展二次衬砌注浆试验,对0°、30°、45°三种裂隙倾角的衬砌裂缝进行注浆加固效果分析,确定聚合物水泥为最佳注浆材料。     

流变荷载作用下隧道二次衬砌损伤行为研究

软弱围岩的流变效应容易导致隧道二次衬砌开裂,影响结构的安全性和耐久性.因此,文章以广甘高速杜家山隧道为例,建立考虑Weibull损伤分布的混凝土数值计算模型,对流变荷载作用下二次衬砌的损伤演化行为进行了研究.结果表明:(1)若二次衬砌与围岩接触良好,衬砌损伤区域在侧压力系数λ为0.5,1,2时,分别分布在拱腰、拱脚以及...     

叠合式套拱加固带裂缝衬砌的变形规律试验研究

文章通过室内试验和理论分析等手段研究了套拱加固后结构的受力规律、破坏模式及承载力变化。利用石膏材料,按照1∶10(模型∶原型)的相似比,制作拱顶带纵向裂缝的素混凝土衬砌结构(裂缝深度为原衬砌厚度的1/3),并按叠合式套拱加固方案,进行钢筋混凝土套拱加固;养护后,通过室内全周径向加载装置,分级施加拱顶松散土压,并计入地层抗力的影响,研究带裂缝衬砌套拱加固后的承载能力及破坏规律。试验结果表明,叠合式套拱加固后,结构受力过程分三个阶段:"初期加载—套拱拱顶开裂、套拱拱顶开裂—拱顶叠合面裂缝出现、拱顶叠合面裂缝出现—试件破坏",关键部位破坏顺序为拱顶开裂—拱顶延性破坏—拱腰脆性断裂,整体破坏模式为延性破坏。