【摘要】：21世紀(jì)是大力發(fā)展地下空間的時(shí)代,隧道是路網(wǎng)規(guī)劃中的關(guān)鍵性工程,作為快速便捷的通道,隧道的安全性和耐久性一直是學(xué)術(shù)界關(guān)注的重點(diǎn)。對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō),裂縫不可避免,材料、環(huán)境、設(shè)計(jì)、施工等各方面因素均可能導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)病害。襯砌式隧道修建或運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的襯砌裂縫向來(lái)是威脅隧道安全的主要問題,研究裂縫產(chǎn)生的各種機(jī)理是進(jìn)行裂縫分析的前提;研究裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展,對(duì)于結(jié)構(gòu)裂縫進(jìn)行安全性評(píng)估,快速采取措施進(jìn)行修復(fù)具有重要意義。目前隧道試驗(yàn)大多集中于承載力研究,對(duì)襯砌開裂機(jī)理及開裂襯砌穩(wěn)定性研究很不系統(tǒng)。針對(duì)上述這些問題,本文開展了以下研究工作:(1)搜集整理國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn),研究混凝土裂縫產(chǎn)生機(jī)理,歸納總結(jié)隧道裂縫產(chǎn)生原因;(2)闡述混凝土斷裂力學(xué)理論,如Griffith能量原理,裂縫尖端塑性區(qū)理論,混凝土受拉軟化關(guān)系等,整理歸納混凝土裂縫模型;(3)詳述虛擬裂縫模型的概念及數(shù)值計(jì)算,得出裂縫方程,引入雙節(jié)點(diǎn)裂縫模型,在裂縫擴(kuò)展過(guò)程中無(wú)需重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、無(wú)需指定裂縫擴(kuò)展路徑�；诖艘肓芽p路徑修正及應(yīng)力增量分析求解;(4)多裂縫與單裂縫問題最本質(zhì)的區(qū)別在于裂縫模式是否可確定,針對(duì)多裂縫問題,提出擴(kuò)展虛擬裂縫模型(EFCM),推導(dǎo)裂縫方程,通過(guò)裂縫方程求解裂縫尖端位移場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng),為后續(xù)裂縫分析提供理論基礎(chǔ);(5)采用Fortran語(yǔ)言編寫完整的裂縫分析程序,對(duì)I型多裂縫隧道結(jié)構(gòu)斷裂過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬,繪制荷載—位移曲線,與試驗(yàn)結(jié)果較為吻合,驗(yàn)證了程序的正確性,并得到了裂縫擴(kuò)展模式,荷載—裂縫尖端開口位移(CMOD)關(guān)系圖等。
【學(xué)位授予單位】：華僑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U455.91
【圖文】：

圖 1.1 隧道結(jié)構(gòu)裂縫 研究背景與意義.1 裂縫產(chǎn)生原因混凝土是一種常見的建筑材料，已經(jīng)使用了一百多年�；炷量梢钥醋鍪呛头稚⑾嘟M成的二相復(fù)合材料，其必然蘊(yùn)藏著大量微裂縫的結(jié)合面[5]。因

（a）外荷載引起的力和位移（b）單位內(nèi)聚力引起的力和位移（c）裂縫擴(kuò)展荷載條件圖 3.5 裂縫尖端控制的單裂縫擴(kuò)展其中 i = 1,...,M。iBK 是外荷載 P 引起的第i個(gè)節(jié)點(diǎn)上的順度。如圖 3.5（b）所示，影響系數(shù)ijAK 是作用在第 j 個(gè)節(jié)點(diǎn)上的一對(duì)單位內(nèi)聚力在第i個(gè)節(jié)點(diǎn)上所產(chǎn)生的 COD。根據(jù)相互作用原理，ij jiAK = AK。由公式（3.3）確定虛擬裂縫的幾何形狀。如圖 3.5（a）和（b）所示，根據(jù)有限元模型的線彈性計(jì)算可以得到CR，CIi，iBK 和ijAK 。系數(shù) CR 和 CIi可以通過(guò)有限元計(jì)算法計(jì)算。一個(gè)虛擬裂縫的方程含（2M+1）個(gè)方程，解（2M+1）個(gè)未知量。該方法被稱為裂縫尖端控制法，相應(yīng)的方程稱為裂縫方程。沿著虛擬裂縫，內(nèi)聚力iF 和裂縫開口位移iW 必須滿足混凝土的拉力軟化關(guān)系，如公式（3.4）所示，其中 i = 1,...,M。( )iiF = f W（3.4）

（a）兩裂縫共線 （b）兩裂縫平行圖 3.12 裂縫間的相互作用另一方面，當(dāng)兩個(gè)裂縫相互平行時(shí)，如圖 3.12（b）所示，應(yīng)力強(qiáng)度因子相對(duì)于單裂縫的情況下會(huì)有所減小。相互屏蔽會(huì)導(dǎo)致每一個(gè)平行裂縫產(chǎn)生一個(gè)較弱的應(yīng)力場(chǎng)，裂縫間的相互作用導(dǎo)致 KI減小。這兩種情況下展示了裂縫間相互作用的復(fù)雜性和差異性，所以必須對(duì)各種開裂行為有一個(gè)深刻的理解。許多研究均探討了混凝土斷裂過(guò)程多裂縫相互作用的影響，所謂的裂縫相互作用即為由相鄰裂縫的內(nèi)聚力引起，對(duì)于開裂行為有一定影響的作用力。分離裂縫模型允許裂縫間的相互作用，基于裂縫相互作用的性質(zhì)和強(qiáng)度，研究各種開裂行為，該方法能將裂縫間的相互作用量化�；谏瞎�(jié)提到的三裂縫模型和擴(kuò)展虛擬裂縫模型（EFCM），明確主要尖端力和次要尖端力的組成，從而反映裂縫間的相互作用，求得相互作用系數(shù)。由于尖端力是由外荷載和所涉及的所有裂縫的內(nèi)聚力引起，根據(jù)相鄰裂縫的極限節(jié)點(diǎn)力，裂縫之間的干擾效應(yīng)可以通過(guò)尖端力分量的比值進(jìn)行計(jì)算。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前8條

1 劉德軍;黃宏偉;岳清瑞;薛亞東;張明波;許慶;;隧道襯砌張拉裂縫開裂機(jī)制及快速修復(fù)方法初探[J];土木工程學(xué)報(bào);2015年S1期

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5 沈威;徐世p

本文編號(hào)：2780557