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原文传递东南岔隧道二衬混凝土冻融特性及对隧道稳定性影响研究

论文题名：	东南岔隧道二衬混凝土冻融特性及对隧道稳定性影响研究
关键词：	隧道工程;衬砌结构;冻融特性;稳定性
摘要：	随着国民经济的快速发展，振兴东北老工业基地等战略规划相继实施，我国东北地区新建大量隧道，以吉林省为例，近几年，长长高速、鹤大高速、集双高速等高速公路相继建成通车，隧道数量急剧增加。处于季冻区的这些隧道工程，受季节变化影响，将长期处于冻融环境中,发生不同程度冻害，衬砌开裂、渗水结冰现象屡见不鲜，影响隧道稳定和行车安全。因此，处于季冻区冻融环境中的隧道衬砌结构，需要论证其自身承受冻融环境能力和对隧道稳定性影响。　　本文以吉林省鹤大高速东南岔隧道为依托，制备了与此隧道相同的混凝土件，考虑在实际隧道工程中，衬砌渗漏程度差异导致混凝土饱和度存在差异，开展了不同饱和度的二衬混凝土室内冻融循环试验，对其冻融特性进行研究，总结不同饱和度的二衬混凝土冻融规律，在此基础上，采用数值模拟方法研究冻融环境对隧道稳定性的影响，对该隧道以及季冻区隧道运维决策意义重大。通过研究，得出以下结论: 　　（1）总体情况来看，相同饱和度情况下，随冻融次数的增加，二衬混凝土质量、波速、抗压强度、弹性模量、抗拉强度均不断减小；相同冻融次数情况下，随着饱和度的增加，上述参数也不断减小，冻融损伤程度随冻融次数和饱和度增加不断增大。不同饱和度对冻融的影响存在明显差异，60%饱和度以下影响较小，80%饱和度以上影响较大，并拟合了各参数饱和度和冻融次数双变量函数表达式。　　（2）冻融100次后，对应40%、60%、80%、100%饱和度试样，质量损失分别为0.23%、0.36%、1.06%和1.17%，质量虽有损失，但不明显；波速损失9.92%、15.18%、33.78%和41.99%，波速损失较为明显。究其原因，是因为随冻融次数和饱水程度的的增加，试样表面出现剥落，内部出现不同形式的裂隙和混凝土脱落，但内部脱落的混凝土还在试样内部，计入了冻融后的混凝土质量，因此质量变化不明显，而波速变化较大。　　（3）冻融100次后，对应40%、60%、80%、100%饱和度试样，抗压强度损失分别为8.16%、14.10%、33.23%和44%，弹性模量损失6.01%、15.71%、27.15%和34.01%，抗拉强度损失9.66%、14.41%、47.84%、50%，冻融效应使试样强度和弹性模量损失较为明显。　　（4）随冻融次数和饱和度的增加，隧道水平位移、垂直位移不断增大，变形以拱顶下沉和拱底隆起为主，两侧有轻微收敛，冻融循环对隧道垂直位移影响较大。冻融100次后，对应80%、100%饱和度试样，隧道向内收敛分别为3.2和3.5mm，冻融效应使其分别增加1.6和1.8mm，拱顶下沉量7.3和7.1mm，增加3.9和3.4mm，拱底隆起12.1和12.6mm，增加4.8和4.9mm。　　（5）随冻融次数和饱和度的增加，二衬截面安全系数不断减小，隧道最不利位置冻融前期在承受压应力的拱顶，后期在承受拉应力的拱脚，隧道稳定性由抗压强度转变为抗拉强度控制。冻融100次后，80%饱和度时，二衬截面最小安全系数3.3大于规范值2.4，隧道仍处于稳定状态；100%饱和度时，安全系数2.39小于规范值2.4，大于1，隧道处于欠稳定状态。
作者：	杨有源
专业：	土木工程
导师：	代树林
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2022