纤维混凝土隧道衬砌地震动力响应特性的振动台试验研究

 为研究纤维混凝土隧道衬砌在地震动力作用下的动响应特性,对普通混凝土隧道衬砌与纤维混凝土隧道衬砌开展大型振动台模型试验,分析隧道衬砌的震害特征、地震动应变、结构内力和应变基线响应规律。试验结果表明：水平地震荷载及地层压力共同作用下,2种隧道衬砌均为仰拱最先开裂,其次为拱腰开裂,衬砌结构破坏模式主要为开裂、掉块和裂缝两侧挤压破坏;素混凝土隧道衬砌出现开裂破坏早,裂缝易贯通,裂缝两侧混凝土基体在振动过程中相对位移大;纤维混凝土隧道衬砌出现开裂破坏晚,裂缝两侧混凝土基体在振动过程中相对位移小,裂缝呈挤压破坏状;纤维延缓衬砌结构裂缝的产生和阻碍裂缝的扩展;地震波加速度峰值从0.1 g增大到1.0 g时,素混凝土隧道衬砌动应变极值和裂缝宽度显著增大,而纤维混凝土隧道衬砌动应变极值和裂缝宽度先在一定范围内缓慢增长然后迅速增大,但最终2种衬砌动应变极值和裂缝宽度大致相等,说明纤维混凝土隧道衬砌在一定地震荷载范围内可以有效避免开裂和减小裂缝宽度;纤维混凝土隧道衬砌压缩变形率较小,当输入地震波加速度峰值为0.1 g和0.4 g时,纤维混凝土隧道衬砌结构动弯矩极值较低,受力更均衡,能有效地抵御地震荷载。     

基于扩展有限元的隧道衬砌裂缝开裂数值分析

分别通过对浙江区域48条公路隧道衬砌裂缝病害的现场调查和大量裂缝病害实例的统计分析,获得了公路隧道衬砌裂缝的分布特征规律和衬砌开裂的主要影响因素。通过与衬砌原型试验的对比,验证了衬砌开裂扩展有限元分析方法的适用性。在这些研究的基础上,采用扩展有限元研究了衬砌在主要影响因素作用下的裂缝分布规律、裂缝扩展过程、裂缝外观表现形式及发生机制。该研究为衬砌裂缝产生原因的分析提供了借鉴,同时也为隧道衬砌裂缝病害的防治与加固修复打下了基础。     

盾构衬砌环开裂后的应力与变形分析

结合运营盾构隧道实例,建立了衬砌环开裂后三维非线性有限元计算模型;结构计算模型采用实体单元,衬砌结构裂缝及接头作用分别用古德曼(Goodman)单元及组合弹簧模拟,应用有限元程序GTS分析荷载作用下带裂缝衬砌结构的应力与变形情况,且与衬砌结构不考虑裂缝影响力学性能进行了对比,最后用实测数据验证了数值分析结果。结果表明:考虑衬砌环带裂缝模型可以有效地分析结构的应力和变形性质,可作为衬砌结构开裂后力学性能分析手段;衬砌结构开裂后对结构受力与变形影响较小,主要集中在裂缝周围小区域内,即对承载力影响较小,主要考虑对耐久性的影响。     

叠合式套拱加固带裂损衬砌的破坏机制研究

采取叠合式套拱方案,加固拱顶带纵向裂缝的隧道衬砌结构,并基于1∶10的相似模型试验,量化研究拱顶松动荷载作用下结构的破坏机制,即受力变形特征、裂缝发展过程、短期刚度衰减规律以及破坏模式,进而探讨补强结构的极限承载能力计算方法,并分析原衬砌裂缝深度对补强效果的影响。研究表明,地层抗力为10 MPa/m时,松动荷载下,补强结构的受力变形过程分3个阶段,以拱顶开裂、拱顶叠合面错开为分界点;主裂缝集中于拱顶、拱腰部位,整体破坏为延性破坏,破坏荷载由拱顶截面控制;补强结构的开裂荷载、短期刚度、破坏荷载与既有裂缝深度满足线性关系。     

连拱隧道衬砌裂缝成因分析与处治

对高速公路某连拱隧道二次衬砌开裂现象进行了调查,总结隧道开裂的规律,基于ANSYS软件将隧道二次衬砌作为受力实体,从隧道拱部受力不均匀、严寒季节温度应力方面进行有限元数值分析,得出隧道衬砌背后荷载分布型式、温度变化对衬砌内力的影响特点以及衬砌开裂规律,为该隧道衬砌裂缝成因分析及处治方法提供了理论依据。     

公路隧道衬砌混凝土开裂的外水压力原因分析

在公路隧道检修时,发现衬砌混凝土产生多处纵向裂缝,开裂较为严重。由于该隧道处在地下水丰富的地层中,文章采用三维有限元法、应用渗流应力耦合理论,对可能导致衬砌混凝土开裂的水荷载原因进行分析研究,并从降低渗流荷载引起衬砌拉应力的角度,提出了修补建议。     

运营期隧道带裂缝二衬承载力评价

为研究运营期隧道二衬开裂后对于衬砌结构承载力和安全性能的影响,基于隧道裂缝调查结果,结合二次衬砌质量检测结果,建立带裂缝衬砌计算模型,分析带裂缝隧道衬砌结构的实际承载能力及裂缝对二次衬砌结构安全性的影响程度。     

隧道混凝土衬砌裂缝成因分析及扩展规律研究

隧道混凝土衬砌开裂是工程中普遍存在的问题,裂缝又关系着工程质量及渗漏水的防治。本文着重探讨了隧道混凝土衬砌开裂原因,利用断裂力学的强度因子开裂准则原理研究裂缝扩展规律。从而为隧道混凝土衬砌的设计和施工中防止裂缝提供理论依据。     

基于数值评价的隧道衬砌裂缝成因分析与维修设计

地下工程衬砌裂缝是隧道工程常见病害之一。由于衬砌裂缝对隧道结构体受力、防排水等安全方面产生不良影响,有必要对裂缝成因加以分析并采取有效措施来降低裂缝对隧道的影响。以四川省某铁路隧道为研究对象,现场调查衬砌裂缝情况,分析隧道边墙纵向开裂原因。采用应力解除法对该隧道进行地应力测试,测点处围岩初始应力处于极高应力状态,分析得出高地应力作用是导致衬砌开裂主要原因。为检验这一推断,采用扩展有限元(XFEM)对该段衬砌结构性能进行数值模拟,根据XFEM得到破坏区域衬砌结构破坏演化、二衬安全系数,模拟结果与实际衬砌损伤形式一致。最后,针对隧道衬砌结构开裂提出一种具体的维修方案,根据数值计算结果及现场施作情况,验证所提维修方法的有效性及安全性。     

基于数值仿真的隧道衬砌开裂原因及受力分析

依托实际工程现场检测和有限元建模分析,在不同荷载组合作用下,得出开裂后的隧道衬砌拉压强度和构件的强度安全系数。对于出现开裂的情况进行合理的仿真模拟分析,得到隧道裂缝形成的原因,提出针对此类裂缝的加固措施,为隧道后期的加固维修提供依据。     

城门洞型压力隧洞衬砌限裂配筋设计方法研究

以城门洞型无压隧洞改建为引水发电隧洞的限裂配筋设计方法为研究对象,综合分析衬砌开裂前后围岩–衬砌混凝土–钢筋的联合作用,建立起二维(平面应变问题)非线性有限元数值仿真分析模型,经分析得到运行期内水压力工况下衬砌中钢筋应力、衬砌混凝土拉应力、衬砌裂缝、裂缝宽度的分布规律、衬砌配筋设计结果,以及检修期外水压力工况下衬砌混凝土裂缝处的应力集中现象和衬砌配筋的验算结果。提出的衬砌限裂配筋设计方法较以往的方法考虑更多影响配筋结果的因素,使结果更符合水工压力隧洞的实际工况,对同类工程设计具有指导意义。     

高压水工隧洞钢筋混凝土衬砌开裂渗漏研究

 基于弹性损伤理论和等效连续介质渗流理论,提出一种可以在高压水工隧洞衬砌开裂后估算隧洞渗水量的方法。以不同水压力作用下钢筋混凝土衬砌的裂缝宽度变化作为考虑衬砌渗透性变化的主要因素,考虑衬砌裂缝与断层相交的情况和高压固结灌浆作用的影响,对水工隧洞充水、放空阶段的内外水渗漏做出相应探讨。将惠蓄高压隧洞的监测数据和数值模型计算结果进行对比得到,隧洞的渗水量与衬砌裂缝开度及洞周是否存在较显著的渗漏通道存在密切联系。在隧洞洞周没有或尚未形成显著渗漏通道的情况下充水或放空时,计算结果与实际监测结果吻合良好;在衬砌裂缝与断层连通的渗漏通道形成后,计算结果和监测结果则会存在一定的差距。研究结果可为水工隧洞充水期内水外渗和放空期外水内渗渗漏量计算提供一种有效的思路。     

Effect of fibres on early age cracking of concrete tunnel lining. Part II: Numerical simulations

The early-age cracking of concrete structures increases permeability and diffusivity and moreover accelerates the penetration of liquid, gas and aggressive agents. Consequently, the serviceability of these structures could be reduced drastically. Early-age cracking might be due to external loading, but also to the internal or external restraint resulting from autogenous, drying and thermal shrinkage. This study focuses more specifically on these latter phenomena.In the first part of this study (see effect of fibres on early-age cracking of concrete tunnel lining - Part I: Laboratory testing), ring tests were performed to investigate the sensitivity of concrete to cracking due to both shrinkage strain and type of fibre (two organic fibres and one steel fibre were studied).Ring test results were then used to validate the capacity of a chemo-thermo-viscoelastic damage model aimed at reproducing the complex behaviour of fibre-reinforced concrete subjected to restrained shrinkage through identifying the material parameters with standardised tests. The numerical simulations conducted on a real tunnel lining show that for the studied geometries and concrete mixtures, thermal shrinkage constitutes the major phenomenon capable of causing early-age transverse cracks and moreover crack opening is highly dependent on the type of reinforcement. Modifications to both fibre type and lining thickness may serve to avoid the onset of transverse cracks.     

隧道衬砌混凝土开裂原因分析及加固措施

2008年后,隧道工程在新建、改建铁路中所占比例越来越大,隧道运营后的病害也屡屡出现,其中隧道二衬混凝土开裂较多,常见的裂缝形态有水平裂缝、斜向裂缝和不规则裂缝等。通过分析裂缝产生原因,在此基础上给出新建隧道预防二衬混凝土开裂过程控制以及既有隧道裂缝的注浆加固处理等措施,以期对类似工程有借鉴意义。     

盾构隧道60°斜穿地裂缝的变形破坏机制试验研究

 从西安地铁盾构隧道工程背景和西安地裂缝地质环境出发,根据相似理论设计盾构隧道管片衬砌结构60°斜穿地裂缝的物理模型试验。管片混凝土应变、纵向和环向螺栓应变、结构接触土压力和结构外围土压力、结构内部收敛位移、模型顶表面土体变形以及宏观变形破坏现象表明,盾构隧道管片衬砌结构60°斜穿地裂缝的变形破坏模式以剪切变形为主,局部有扭转和弯曲变形;结构破坏范围为上盘0.75D(D为管片环外径1.20 m),下盘0.50D;管片混凝土破坏主要发生在螺栓孔附近,地裂缝处纵向螺栓发生较强的剪切、扭转和拉伸变形破坏;管片衬砌结构变形破坏不对称,管片环向处于偏压状态;环缝拱顶错位量大于拱底和拱腰,拱顶最大错位量达30 mm(0.025D),模型难以适用地裂缝错动变形20 cm(0.166 7D),盾构管片衬砌结构不适用于地裂缝活动强烈的地质环境。     

受荷状态下盾构隧道管片锈蚀劣化破坏过程研究

为研究服役期盾构隧道衬砌结构性能衰退演变规律,从隧道结构长期处于水土荷载和周围离子侵蚀环境耦合作用下的特点出发,根据服役盾构管片压弯荷载受荷特征,采用弯矩、轴力导入的方式,等效地模拟盾构隧道管片的实际受力状态,结合围堰式的电化学加速锈蚀方式,研发了可实现压弯受荷状态下进行盾构管片加速锈蚀劣化的试验系统,重点分析不同工况下盾构隧道管片锈蚀劣化发生发展规律。主要结论有：未锈蚀管片裂缝形态主要以受拉横向裂纹为主;未加载锈蚀管片在锈蚀阶段仅产生顺筋锈胀裂纹,裂纹宽度体现出先增大后趋于稳定的特点,加载破坏阶段锈蚀区混凝土在锈胀裂纹和受拉裂纹共同作用下将出现混凝土局部剥离与错动现象;压弯受荷状态下,管片裂缝的扩展是钢筋锈蚀与外加荷载共同作用的效果,管片受拉裂纹与锈蚀裂纹体现出相伴发生发展的规律,管片承载能力存在较大降低。研究成果可为设计基准期内盾构隧道管片衬砌结构长期安全性能评价提供重要参考。     

浅谈隧道衬砌混凝土裂缝的成因与防治

针对隧道施工过程中,衬砌混凝土普遍存在裂缝的现象,结合工程实践和经验,分析了隧道衬砌混凝土施工中裂缝产生的原因,并对裂缝的预防及治理提出一些实用的方法,指出只要充分考虑各种因素的影响,完全可以避免混凝土裂缝的产生.     

公路隧道衬砌裂缝对结构受力分布影响规律研究

近些年我国高速公路隧道规模迅猛增长,与此同时也出现了较多的隧道病害和缺陷,其中二衬衬砌裂缝及渗漏水问题非常突出,大量运营隧道都出现了类似问题。本文结合依托工程,对隧道不同位置出现衬砌裂缝情况下的结构受力分布规律进行了分析与研究,探讨了裂缝对衬砌结构安全性的影响,得出结论如下：(1) 素混凝土隧道衬砌贯通型裂缝,隧道结构成为多铰环形结构,结构在断裂处轴向承载能力变化不大,但不能继续承受弯矩|(2) 通过计算分析发现,结构在某处断裂而不能继续承受弯矩时,其整个受力分布规律会发生改变,在其它局部会产生较大的弯矩,从而诱发新的开裂|(3) 裂缝的存在对隧道周边岩体的受力和变形存在着很大的影响,裂缝的存在改变了既有隧道力学分布规律。在隧道运营过程中,当发现存在裂缝时,必须加强监测并严控裂缝的发展。