基于截面极限承载力曲线的衬砌结构安全性评价方法研究

复合式衬砌由初期支护、防水层和衬砌组成,是中国现行山岭隧道的主要结构形式,而衬砌是保证隧道长期运营安全的关键。衬砌结构的安全性评价一般根据相关的隧道设计规范进行。现行规范中素混凝土衬砌和钢筋混凝土衬砌的安全性检算公式分别给出,在某些截面内力条件下,不能直接按照安全系数大小进行安全性比较。针对这种状况,首先对现行的衬砌结构安全性评价方法进行简化,提出衬砌截面安全包络线的概念,根据衬砌截面内力是否位于安全包络线内侧,即可判定衬砌截面的安全性。然后,在探讨截面安全包络线与极限承载力曲线关系的基础上,提出利用截面极限承载力曲线计算衬砌截面安全系数,进而评价衬砌安全性的方法。研究结果表明：根据衬砌截面安全包络线的概念,对于任意截面内力可简便直观地判定衬砌截面是否安全;衬砌截面内力点（M,N）位于极限承载力曲线关于坐标原点的几何相似曲线上,坐标原点和截面内力点的连线与极限承载力曲线相交,交点到原点的距离与内力点到原点的距离的比值则为衬砌截面的安全系数;利用考虑材料非线性的衬砌截面极限承载力曲线,避免了现行规范中出现素混凝土衬砌比钢筋混凝土衬砌截面极限承载力大的现象。研究成果对衬砌截面安全性评价及衬砌结构设计理论的完善具有一定的参考意义。