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厚度不足公路隧道衬砌裂缝演化规律及承载能力弱化机制研究
| 论文题名： | 厚度不足公路隧道衬砌裂缝演化规律及承载能力弱化机制研究 |
| 关键词： | 公路隧道;衬砌厚度;模型试验;数值模拟;裂缝;粘聚力单元法 |
| 摘要： | 随着经济社会的发展，我国公路交通行业迅速发展，公路交通基础设施的规模在国际位居前列。由于施工条件、环境等影响，己投入运营的公路隧道普遍存在局部衬砌厚度不足的问题，易引发隧道衬砌裂损，导致衬砌承载能力衰减，给隧道运营与养护带来了巨大的安全隐患。本文以衬砌厚度不足条件下的公路隧道为研究对象，采用模型试验和数值模拟相结合的研究手段，对衬砌厚度不足条件下衬砌的开裂机制及对衬砌结构承载能力影响进行了系统研究。本文开展的主要工作及结论如下: (1)根据衬砌厚度不足衬砌围岩荷载特征，利用团队自行研发的多元隧道衬砌裂损及承载特性试验平台，开展了衬砌厚度不足衬砌裂缝演化规律模型试验，研究了不同衬砌厚度不足减薄率条件下衬砌开裂机制，分析了衬砌的力学及变形规律，揭示了厚度不足衬砌的裂缝演化机制。 (2)开展了衬砌混凝土材料在受压条件下的裂缝扩展模型试验，研究了混凝土开裂及裂缝扩展过程。基于粘聚力单元法，构建了衬砌混凝土试件裂损数值仿真计算模型，通过两者力学及裂损演化结果的对比，验证了粘聚力单元法在ABAQUS中模拟混凝土构件断裂行为的可行性，提出了适用于衬砌材料裂损模拟的粘聚力单元参数确定方法，为厚度不足衬砌裂损演化规律研究提供了物理模型和输入参数。 (3)通过在衬砌三维模型中插入零厚度粘聚力单元的方式，构建了厚度不足衬砌开裂数值仿真计算模型，研究了不同衬砌厚度不足减薄率、环向范围、径向长度、位置的对衬砌结构的开裂机制及裂缝扩展规律。通过计算不同衬砌厚度不足衬砌模型的安全系数，分析了厚度不足衬砌承载能力的演化规律，为公路隧道运营提供了数据支撑。 |
| 作者： | 张学森 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 刘健;蒋宇静 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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