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隧道裂缝形成机理及发展规律研究
| 论文题名： | 隧道裂缝形成机理及发展规律研究 |
| 关键词： | 隧道衬砌裂缝;形成机理;裂缝宽度;养护周期 |
| 摘要： | 国内外工程师处理隧道病害时，一般结合隧道病害的表观特征、结构受力及隧道周围地质、气候及水文等信息，分析研究病害成因，评估隧道安全等级，最后制定相应的加固方案，这种病害治理方法较为系统和全面，值得我们深入学习和研究。本文以理论推导为主要研究方法，就隧道衬砌结构受力方面，较为深入研究了基于流变理论的隧道围岩与支护结构相互作用力对衬砌裂缝的影响，结合流变力学、弹塑性力学、断裂损伤力学等学科知识，对病害的内在成形机理、裂缝发展规律进行较为系统的研究分析，最终与隧道养护规范相结合确定出合理的衬砌裂缝养护周期，并提出相应的养护维修措施。论文主要内容如下几点: 1.分析国内外隧道衬砌裂缝研究现状，提出当前裂缝研究所遇到的问题，结合流变力学、断裂损伤力学知识，研究分析基于流变理论条件下隧道衬砌裂缝形成机理。 2.对衬砌结构进行等代圆换算并建立弹性地基梁模型，利用弹塑性力学知识成立隧道衬砌的控制微分方程，根据圣维南原理推出裂缝间距相应中心角应满足的卓越方程，求出外荷载作用下隧道衬砌裂缝间距，进而确定等间距情况下的隧道衬砌裂缝宽度表达式。 3.对围岩参数进行讨论和取值，利用轴对称条件下支护结构与围岩作用力随时间动态变化关系，分析推导出典型Ⅳ、Ⅴ级围岩与支护结构相互作用力，结合隧道衬砌裂缝宽度表达式，得到典型Ⅳ、Ⅴ级围岩下隧道衬砌裂缝宽度随时间变化关系。 4.将相关隧道养护规范与典型Ⅳ、Ⅴ级围岩下隧道衬砌裂缝宽度随时间变化关系相结合，分析研究出隧道衬砌裂缝养护周期，并制定相应的养护维修措施。 论文最后取得一些有益的结论，其结果如下: 1.建立弹性地基梁模型，对隧道衬砌的裂缝间距和宽度进行研究推导，成立了衬砌按弹性地基曲梁的控制微分方程，确定隧道衬砌在外荷载下的裂缝宽度和间距表达式。 2.以典型Ⅳ、Ⅴ围岩为例，研究分析出不同围岩参数区间内隧道支护-围岩相互作用力随时间不断变化的规律，即隧道支护衬砌与围岩相互作用力随时间不断增大，最终围岩趋于稳定。并且围岩弹性模量与围岩-支护相互作用力的大小成反比。 3.以典型Ⅳ、Ⅴ级围岩为例，研究出不同围岩弹性抗力系数下隧道衬砌裂缝宽度规律，即隧道衬砌裂缝宽度随时间不断增大，大约10年左右隧道将超过规范值3mm，且围岩弹性抗力系数与隧道衬砌裂缝宽度成反比，最终根据规范确定出养护周期。 |
| 作者： | 张龙 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 黄明奎 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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