基于二次受力的隧道套拱加固损伤衬砌模型试验

松动荷载引起损伤衬砌失稳是不良地层隧道运营期间关键的科学问题.针对此问题,研制了双车道公路隧道带缝衬砌套拱加固模型试验加载装置,可对衬砌结构任意位置施加松动荷载,在损伤衬砌受力同时进行套拱加固,解决了衬砌加固二次受力的“瓶颈”问题;开展1∶10模型试验,研究了松动荷载作用下损伤衬砌套拱加固补强效果,对比变形特性、力学响应及破坏模式.结果表明:衬砌结构刚度随荷载增加而退化,套拱加固有效修复受损衬砌,整体结构刚度明显增大,损伤严重衬砌经套拱加固后承载力仍可提高1倍;原衬砌结构破坏位置为拱顶、拱肩和边墙;套拱加固带缝衬砌构件关键控制截面为拱顶和墙脚,拱顶易发生大偏心压弯破坏,建议加强拱顶纵向配筋,提高抗拉承载力;墙脚出现斜裂缝,属于压剪破坏,应增设墙脚箍筋,以提高抗剪承载力.     

柔性连接隧道在正断层黏滑错动下的变形特征

针对穿越60°倾角活动正断层情况,隧道采取节段长度为0.5D(D为隧道洞径)、节段间柔性连接的隧道抗断措施;并对柔性连接隧道在正断层黏滑错动作用下的受力、变形特征进行模型试验研究。试验结果表明：在距离土体主破裂面1D 范围内,柔性连接隧道衬砌结构的纵向、环向应变变化较大。柔性连接隧道的主要破坏形式为节段间转动和错台,隧道节段连接处发生2处转角为33°和28°的转动破坏,破坏范围为2.5D。在相同条件下,与未采取抗断设计的完整隧道相比：柔性连接隧道衬砌结构纵向应变要小于完整隧道应变,其破坏范围也小于完整隧道的破坏范围。     

60°倾角正断层黏滑错动对山岭隧道影响的试验研究

通过1∶50室内模型试验,模拟了60°倾角正断层黏滑错动下,与之正交的隧道结构的受力变形破坏过程,并布置传感器监测了隧道顶部和底部的地层压力、隧道轴向的应变和隧道环向的应变。试验结果表明,地层的永久变形和地层-结构的相互作用,导致了围岩压力在剪切带附近发生显著变化,上盘和剪切带范围内拱顶压力显著增大,下盘拱顶压力次之,上盘和剪切带隧道底部压力减小,下盘底部压力显著增大,隧道与下部围岩可能局部脱空以适应断层的剪切位移;上盘和剪切带范围内纵向弯矩为正,下盘范围内为负,隧道偏心受压;以原型混凝土压坏来判定衬砌破坏,初步确定原型结构破坏所容许的最大断层位移D=0.3m,理论上该值略偏大;隧道衬砌破坏区域,在剪切带和下盘范围分别为0.75和1.5倍隧道宽度。     

75°倾角正断层黏滑错动对公路隧道影响的模型试验研究

 通过1∶50室内模型试验,开展75°倾角正断层黏滑错动影响下隧道的受力变形机制研究,并监测隧道顶部和底部的地层压力、隧道轴向和环向应变。结果表明,地层的永久变形和地层–结构的相互作用,导致围岩压力在剪切带附近发生显著变化,上盘范围内拱顶压力显著增大,下盘拱顶压力次之,上盘隧道底部压力减小,下盘底部压力显著增大,隧道与下部围岩可能局部脱空以适应断层的剪切位移;上盘范围内为正,下盘范围内纵向弯矩为负;以原型混凝土压坏来判定衬砌破坏,初步确定原型结构破坏所容许的最大断层位移D = 1.25 m,理论上该值略偏大。