仰拱是隧道襯砌結(jié)構(gòu)的重要組成部分,起著使支護和襯砌一體化,約束圍巖變形,提高圍巖穩(wěn)定性的作用。在圍巖靜載及列車振動荷載的作用下,仰拱結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生隆起開裂等病害,影響隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和列車運營安全。因此,本文通過調(diào)研存在仰拱變形破壞的隧道,分析導(dǎo)致仰拱病害產(chǎn)生的主要原因,結(jié)合理論分析和數(shù)值模擬,以隧道仰拱結(jié)構(gòu)為研究對象,依托于某既有鐵路隧道,研究圍巖靜載作用下和列車荷載作用下仰拱結(jié)構(gòu)力學響應(yīng)特性,總結(jié)分析不同因素對隧道仰拱力學性能的影響。主要研究內(nèi)容與成果如下:（1）通過對16座具有代表性的出現(xiàn)仰拱病害的國內(nèi)鐵路隧道進行調(diào)研,總結(jié)出導(dǎo)致隧道仰拱結(jié)構(gòu)病害的主要原因。（2）研究了不同影響因素對圍巖靜載作用下仰拱結(jié)構(gòu)力學性能的影響。通過數(shù)值模擬和現(xiàn)場實際驗證,分析圍巖靜載作用下仰拱結(jié)構(gòu)受力特性,仰拱填充層上表面受拉應(yīng)力且出現(xiàn)上拱變形,中間位置變形量最大;分析了仰拱結(jié)構(gòu)力學性能隨圍巖極限膨脹力、仰拱矢跨比、仰拱混凝土強度和仰拱厚度等因素變化的影響,隨著圍巖膨脹力的增加,仰拱矢跨比的減小,填充層頂面最大拉應(yīng)力增大,上拱位移增大。隨著仰拱強度的增大,厚度的增加,填充層頂面最大拉應(yīng)力減小,隆起位移減小。（... 

【文章來源】：南京林業(yè)大學江蘇省

【文章頁數(shù)】：94 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

開裂段現(xiàn)場照片

圖3-1IV級圍巖隧道襯砌斷面示意圖（cm）Fig.3-1SchematicdiagramofliningsectionofclassIVsurroundingrocktunnel(cm)3.1.3隧道底部結(jié)構(gòu)破損情況建設(shè)過程中，該隧道在斜井工區(qū)出現(xiàn)嚴重病害，病害段總長約450m，具體表現(xiàn)為：（1）初期支護變形過大，病害區(qū)段拱頂沉降及邊墻收斂值均較大，并導(dǎo)致初期支護噴射混凝土開裂、破壞；（2）隧道底部隆起，并導(dǎo)致仰拱填充層開裂及中心水溝溝底及側(cè)墻的隆起及破壞；（3）圍巖變形不收斂并導(dǎo)致襯砌持續(xù)變形，造成襯砌混凝土開裂、掉塊，脫落塊體面積為50cm×60cm。襯砌上出現(xiàn)寬度1mm左右的環(huán)向或斜向密集裂縫。（a）中心水溝側(cè)壁開裂（b）填充層開裂破壞（a）Sidewallcrackingofcentralditch（b）Crackfailureoffillinglayer圖3-2開裂段現(xiàn)場照片F(xiàn)ig.3-2Sitediagramofcrackingsection隧道底部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)如圖3-2所示的破損。由圖3-2（a）可看出，中心水溝側(cè)壁出現(xiàn)了13

表3-2混凝土損傷模型參數(shù)Table3-2Concretedamagemodelparameters膨脹角偏心率雙軸抗壓極限強度/單軸抗壓極限強度（fb0/fc0）不變量應(yīng)力比K粘性參數(shù)300.11.160.6670（2）邊界條件數(shù)值模型邊界施加約束為頂部為自由面，左右兩側(cè)施加控制水平X方向位移的約束，前后施加控制Z方向位移的約束，底部下邊界施加控制X、Y、Z三個方向位移的約束，開挖邊界上施加控制前后位移的Z方向約束，邊界條件如圖3-4所示。圖3-4隧道模型邊界條件Fig.3-4Boundaryconditionsoftunnelmodel（3）模型基本假定工程實際中，由于地形多變，構(gòu)造復(fù)雜，無法完全用數(shù)值模型模擬出隧道開挖的具體情況，因此需要進行相應(yīng)的模型簡化，本文基于以下假定構(gòu)造數(shù)值模型進行受力分析：(a)圍巖應(yīng)力-應(yīng)變始終處于彈塑性范圍內(nèi)。(b)初始應(yīng)力場只考慮圍巖自重應(yīng)力作用，利用應(yīng)力線性插值構(gòu)建應(yīng)力常模型上端圍巖自重應(yīng)力場如下式（3-1）計算所得：=（3-1）式中：：圍巖容重：地表至模型頂面深度計算得==2320×9.8×210=4.77pa，初始地應(yīng)力為壓應(yīng)力。(c)襯砌采用混凝土塑性損傷模型。(d)采用全斷面開挖法、快速支護、仰拱緊跟和及時施作二襯來模擬隧道開挖支護過程，通過應(yīng)力釋放來模擬實際開挖隧道的空間效應(yīng)。隧道開挖過程中的應(yīng)力釋放采用收斂約束法，通過逐漸釋放開挖邊界節(jié)點的集中荷載來實現(xiàn)。收斂約束法第一步施加約束作用于圍巖開挖面，達到初始地應(yīng)力平衡，得到此時開挖面上節(jié)點反力。第二步放松約束，施加上步求得的節(jié)點力于對應(yīng)節(jié)點上來模擬地應(yīng)力，并讓該節(jié)點力隨時間衰減，此時節(jié)點力15

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3533467