【摘要】：我國西南地區(qū)地質(zhì)情況復(fù)雜惡劣,三疊系巴東組含膏鹽地層分布廣泛,其中在三峽庫區(qū)附近修建的許多深埋在役隧道,在含硫酸鹽地下水的侵蝕作用下,隧道襯砌均出現(xiàn)了或輕或重的腐蝕破壞現(xiàn)象,常常引發(fā)結(jié)構(gòu)混凝土腐蝕疏松、滲漏水及剝落掉塊等病害問題,其中邊墻、隧底侵腐狀況尤為嚴重,對其正常運營帶來了嚴重的安全隱患。隧道工程總是寄存在一定的地質(zhì)系統(tǒng)中,環(huán)境水、腐蝕介質(zhì)以及地應(yīng)力是該地層環(huán)境中的三個主要影響因素,這些因素均以場的形式存在。在膏鹽地層中滲流場(H)、化學(xué)場(C)以及應(yīng)力場(M)三者間總是彼此聯(lián)系、相互影響,共同“促進”著圍巖-支護承載結(jié)構(gòu)的破壞,若將各作用場分開研究而忽略其中的耦合關(guān)系,那么得出的研究結(jié)論很難與實際情況相匹配,失去了工程指導(dǎo)意義。本文以G42滬蓉高速公路上的分界梁隧道以及G50滬渝高速公路上的譚家寨隧道為工程背景,系統(tǒng)的闡述了硫酸鹽的腐蝕破損機理,基于ABAQUS有限元軟件進行了滲流-應(yīng)力耦合數(shù)值分析,并通過考慮一定的強度折減與厚度折減來對化學(xué)場進行簡化模擬,分別進行了不考慮耦合、考慮耦合的數(shù)值分析,最后系統(tǒng)的研究了膏鹽地層中隧道的防腐蝕技術(shù)措施,并分別對分界梁、譚家寨隧道的硫酸鹽侵腐病害提出行之有效的防控對策。本文主要的研究內(nèi)容與成果如下:1.由HCM三場耦合效應(yīng)所造成的結(jié)構(gòu)體破損程度及性能劣化速度均遠超單場作用、雙場耦合作用,盡管譚家寨隧道侵蝕性SO42-離子濃度比分界梁隧道高很多,但從實際的勘察數(shù)據(jù)來看,分界梁隧道的腐蝕破損程度反而更為嚴重,對這一現(xiàn)象的解釋是:混凝土的劣化破損,并非是由侵蝕性離子濃度單一因素來決定,而是多個因素耦合作用的結(jié)果。2.對于膏鹽地層中的深埋隧道滲流場-化學(xué)場-應(yīng)力場甚至更多作用場間的耦合作用致災(zāi)效應(yīng)是不容忽視的。對于化學(xué)場的作用效果,可以基于強度折減理論,選取一適當?shù)恼蹨p系數(shù)對其進行等效簡化處理,由于不同環(huán)境中的化學(xué)場腐蝕作用強弱不一,所以折減系數(shù)的具體取值還需結(jié)合實際情況進行更加深入的分析、研究,同時還可考慮一定的厚度折減以提高結(jié)構(gòu)的安全富余度。3.ABAQUS數(shù)值分析顯示,不考慮耦合、考慮流固耦合以及考慮強度折減“等效”化學(xué)場的三場耦合,對結(jié)構(gòu)的承載性能影響較大。在按嚴重腐蝕程度考慮5cm厚度折減的基礎(chǔ)上,進行HCM三場耦合分析計算,得出特征截面的最小安全系數(shù)為2.789滿足規(guī)范要求,從而驗證了分界梁隧道硫酸鹽腐蝕處治設(shè)計選用C45強度的耐腐蝕鋼筋混凝土是合理、可行的。4.在準確判定硫酸鹽的腐蝕類別,弄清其侵蝕機理的基礎(chǔ)上,組合多方面的防侵腐措施進行聯(lián)合防護,以增強防腐時效性,延長隧道的使用壽命。硫酸鹽侵腐病害處治推薦方案:(1)服役于干濕交替環(huán)境中的隧道結(jié)構(gòu),需考慮材料“燈芯效應(yīng)”的影響,宜采取防腐蝕配合比設(shè)計/高性能混凝土+注漿隔水+迎水面表面處理的防腐措施;(2)處于濕潤環(huán)境中的富水隧道,除采取防腐蝕配合比設(shè)計/高性能混凝土+注漿堵水的防腐措施外,還需注重防排水系統(tǒng)的設(shè)計。本文依托工程分界梁隧道便選用(1)方案作為病害處治方案,從目前來看,該方案的防腐蝕效果較為顯著。
【學(xué)位授予單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U452.1

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本文編號：2620296