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原文传递背后富水空洞对公路岩溶隧道衬砌渗漏水病害影响及评价模型研究

论文题名：	背后富水空洞对公路岩溶隧道衬砌渗漏水病害影响及评价模型研究
关键词：	公路隧道;衬砌结构;渗漏水病害;富水空洞;岩溶地区
摘要：	我国可溶岩层分布面积达到了344.3万平方公里，占国土面积的1/3，因此隧道在建设过程中经常会穿越岩溶区，甚至不可避免地要穿越岩溶发育区，衬砌背后空洞作为岩溶隧道常见的质量缺陷，严重威胁隧道运营安全。本文首先对上古隧道进行衬砌背后空洞及渗漏水病害调查，总结岩溶隧道衬砌背后空洞及渗漏水病害特征；其次对岩溶隧道衬砌背后空洞成因及外水压力进行研究，对空洞作用下衬砌渗漏水病害成因展开理论分析；接着基于混凝土损伤模型理论，建立了三维有限元计算模型，对存在空洞缺陷的衬砌结构损伤模式及受力情况进行分析；最后以模糊综合层次分析法为基础构建了背后富水空洞作用下岩溶隧道衬砌渗漏水病害危险性评价体系，本文主要研究成果如下：　　1）根据对岩溶隧道与非岩溶隧道衬砌背后空洞及相关病害对比调查，发现岩溶隧道衬砌背后存在空洞时，伴随渗漏水及衬砌裂缝等概率相对较高，岩溶地区隧道衬砌背后空洞伴随着裂缝及渗漏水等其他病害的概率为39.024%，非岩溶地区隧道衬砌背后空洞伴随着裂缝及渗漏水等其他病害的概率仅为15.8%。　　2）对上古隧道衬砌背后空洞及病害展开调查，根据调查结果发现岩溶隧道衬砌背后空洞及渗漏水病害具有：①隧道衬砌背后空洞及渗漏水病害与不良地质段在里程上的分布基本一致；②衬砌背后空洞及渗漏水病害与隧道排水系统联系密切；③衬砌背后空洞水位呈动态变化；④衬砌空洞位置及范围对衬砌渗漏水病害影响较大等特征。　　3）分析了岩溶隧道衬砌背后空洞成因，推导了衬砌背后空洞储水模型，并根据隧道排水能力与地下水向隧道的补给关系将背后富水空洞作用下衬砌渗漏水病害概括为正常工作状态、高水压工作状态、低水压工作状态，当隧道长期处于高水压状态时，衬砌结构通常会承受较高的水头压力，从而改变衬砌的原有受力特点，导致衬砌开裂，隧道就有可能出现渗漏水病害。　　4）运用ABAQUS对衬砌背后存在不同位置、不同直径及不同水压的空洞进行三维建模并计算，对空洞作用下衬砌结构裂损情况及受力进行分析，得出在衬砌背后富水空洞的作用下，衬砌结构主要由于受拉出现破坏，空洞位置不同、直径不同、水压不同，衬砌裂损情况也不相同，衬砌会先从空洞处开始破坏，不同的空洞位置、直径及水压大小可能会导致衬砌形成Y型、纵向、横向与网状裂缝；当空洞直径及水压相同时，空洞位置对于衬砌裂损程度影响程度大小依次为拱顶，拱腰，amp;nbsp;边墙；当空洞位置和直径确定时，空洞处最大主应力与位移随水压增加而呈线性增加，并通过正交实验得出对衬砌结构影响程度的因素依次为空洞直径，外水压力，空洞位置。　　5）针对岩溶隧道地质条件，地下水活动情况等因素的模糊性，建立了基于模糊层次分析法的背后富水空洞作用下岩溶隧道渗漏水病害四级模糊综合评价模型，对上古隧道K3+320～K3+410段进行模型验证，模型计算结果与现场相符，可知该模型具备一定可信度，可为岩溶隧道衬砌背后空洞及相关病害治理提供参考。
作者：	赵树磊
专业：	交通运输工程
导师：	王海洋
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022