本文關鍵詞：動、靜載作用下襯砌背后空洞對隧道結構安全性的影響

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【摘要】：隨著我國隧道工程大規(guī)模建設,隧道病害問題也日益加劇,其中隧道襯砌結構背后存在空洞是隧道較為常見的病害。襯砌背后空洞的出現會導致襯砌結構內力和周邊圍巖應力的明顯改變,威脅隧道的正常運營。因此,開展隧道襯砌背后空洞病害對于隧道結構安全性的研究是十分必要的。本文運用理論分析和數值模擬,對襯砌背后存在空洞的隧道結構分別在靜載和動載作用下的響應進行了分析研究,進而通過計算隧道結構的安全系數研究空洞病害對隧道結構安全性的影響,主要的工作和研究成果如下：(1)綜合現有國內外對于襯砌背后空洞病害的研究現狀,總結隧道空洞產生的原因,其原因主要可以分為施工因素、設計因素和運營因素三方面。同時,分析現有隧道震害研究成果,確定本文動力問題研究的邊界條件和本構模型。(2)對靜載作用下襯砌背后存在空洞的情況進行了數值模擬計算,調取隧道結構各典型位置的計算數據,對比無空洞模型的計算結果,分析了不同大小和位置的空洞對于隧道結構襯砌內力、安全系數以及周邊圍巖應力、應變的一系列影響。經分析可知,空洞因素對于襯砌結構安全性的影響主要集中在空洞范圍附近,該范圍內襯砌結構內力發(fā)生突變,結構承載力和結構安全系數明顯下降,同時空洞范圍內的周邊圍巖產生新的塑性區(qū),對結構安全性極為不利。(3)在靜載計算結果的基礎上,對動載作用下襯砌背后存在空洞的情況進行了數值模擬計算,結合無空洞模型的動力計算結果和空洞模型的靜力計算結果,通過對比襯砌結構的內力和安全系數,計算分析得出動力因素和空洞因素對于隧道結構安全性能的影響程度。經分析可知,動載作用下空洞因素對于襯砌結構安全性的影響同樣集中在空洞范圍附近,由于空洞的出現使該范圍內襯砌結構的彎矩急劇增加,結構承載力和安全系數降低；同時綜合動、靜載作用下襯砌背后存在空洞和無空洞模型計算結果可知,地震因素在一定程度上放大了空洞因素對于襯砌結構安全性的破壞作用。
【關鍵詞】：隧道 結構安全性 空洞 靜載 動載 安全系數
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U451
【目錄】：

• 致謝5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1、緒論11-23
• 1.1 研究背景及意義11-13
• 1.2 國內外研究現狀13-19
• 1.2.1 襯砌背后存在空洞研究現狀13-16
• 1.2.2 隧道及地下結構震動荷載研究綜述16-17
• 1.2.3 隧道安全性研究方法現狀17-19
• 1.3 研究內容19-20
• 1.4 研究思路和技術路線20-21
• 1.5 本文的研究方法21-23
• 2、襯砌背后空洞病害及安全性評價標準23-35
• 2.1 空洞病害特點23-26
• 2.1.1 隧道襯砌背后空洞產生原因24-25
• 2.1.2 空洞引起的病害25-26
• 2.2 地震動力學基礎26-33
• 2.2.1 地震波的傳播規(guī)律26-31
• 2.2.2 動力邊界條件31
• 2.2.3 動力本構模型31-33
• 2.3 隧道襯砌結構安全性評價標準33-34
• 2.4 本章小結34-35
• 3、靜載作用下襯砌背后空洞對隧道結構安全性的影響分析35-59
• 3.1 概論35
• 3.2 靜載作用下襯砌背后空洞模型和參數35-39
• 3.2.1 襯砌背后空洞數值模擬的計算參數36-37
• 3.2.2 襯砌背后空洞數值模擬的計算模型37-39
• 3.3 拱頂襯砌背后空洞數值模擬39-46
• 3.3.1 拱頂空洞模型的襯砌結構內力分析39-42
• 3.3.2 拱頂空洞模型的襯砌結構安全系數分析42-43
• 3.3.3 拱頂空洞模型的周邊圍巖應力分析43-44
• 3.3.4 拱頂空洞模型的周邊圍巖應變分析44-46
• 3.4 拱肩襯砌背后空洞數值模擬46-57
• 3.4.1 拱肩空洞模型的襯砌結構內力分析47-52
• 3.4.2 拱肩空洞模型的襯砌結構安全系數分析52-53
• 3.4.3 拱肩空洞模型的周邊圍巖應力分析53-55
• 3.4.4 拱肩空洞模型的周邊圍巖應變分析55-57
• 3.5 本章小結57-59
• 4、動載作用下襯砌背后空洞對隧道結構安全性的影響分析59-109
• 4.1 概論59
• 4.2 動載作用下襯砌背后空洞模型和參數59-64
• 4.2.1 襯砌背后空洞數值模擬的模型參數60-61
• 4.2.2 襯砌背后空洞數值模擬的荷載參數61-64
• 4.3 動載作用下無空洞模型的數值模擬64-76
• 4.3.1 動載無空洞模型拱頂處計算分析64-67
• 4.3.2 動載無空洞模型拱肩處計算分析67-69
• 4.3.3 動載無空洞模型邊墻處計算分析69-71
• 4.3.4 動載無空洞模型拱腳處計算分析71-74
• 4.3.5 動載無空洞模型最大正、負向加速度時計算分析74-76
• 4.4 動載作用下拱頂空洞模型的數值模擬76-89
• 4.4.1 動載拱頂空洞模型拱頂計算分析76-78
• 4.4.2 動載拱頂空洞模型拱肩計算分析78-81
• 4.4.3 動載拱頂空洞模型邊墻計算分析81-84
• 4.4.4 動載拱頂空洞模型拱腳計算分析84-88
• 4.4.5 動載拱頂空洞模型最大正、負向加速度時計算分析88-89
• 4.5 動載作用下拱肩空洞模型的數值模擬89-102
• 4.5.1 動載拱肩空洞模型拱頂計算分析89-92
• 4.5.2 動載拱肩空洞模型拱扁計算分析92-95
• 4.5.3 動載拱肩空洞模型邊墻計算分析95-98
• 4.5.4 動載拱肩空洞模型拱腳計算分析98-101
• 4.5.5 動載拱肩空洞模型最大正、負向加速度時計算分析101-102
• 4.6 動靜載下數值計算結果對比102-106
• 4.7 本章小結106-109
• 5、結論與展望109-111
• 5.1 主要結論109-110
• 5.2 存在問題及展望110-111
• 參考文獻111-115
• 作者簡歷及攻讀碩士學位期間取得的研究成果115-119
• 學位論文數據集119

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