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地铁隧道纵向裂缝扩展规律及衬砌承载性能研究
| 论文题名： | 地铁隧道纵向裂缝扩展规律及衬砌承载性能研究 |
| 关键词： | 地铁隧道;纵向裂缝;断裂判据;裂缝稳定性;承载性能;衬砌结构 |
| 摘要： | 随着越来越多城市地铁隧道建成投入使用，受运营年限的不断积累和周边环境的影响，隧道衬砌不可避免会出现各种各样病害，纵向裂缝作为一种隧道常见病害对衬砌结构完整性和承载性能的危害极大。本文以重庆市某地铁隧道出现的纵向裂缝病害作为背景，利用现场检测、理论分析、力学试验、数值模拟等手段对地铁隧道衬砌纵向裂缝扩展规律及承载性能进行研究。通过现场检测和断裂力学理论分析确定了隧道衬砌裂缝类型及成因，基于混凝土梁三点弯曲试验和四点弯曲梁模拟得到相关参数与裂缝断裂判据，运用数值模拟方法对地铁隧道衬砌出现不同深度、不同角度、不同位置的纵向裂缝情况进行模拟，分析纵向裂缝的扩展规律、裂缝稳定性以及开裂后衬砌承载性能劣化情况。论文的主要工作及成果如下： 1.针对地铁隧道衬砌纵向裂缝病害问题，从现场衬砌结构开裂、衬砌厚度、衬砌混凝土强度等方面开展检测工作，结合力学理论分析得出纵向裂缝成因为滑坡土体形成的偏压荷载。 2.基于混凝土断裂力学理论确定裂缝类型，并针对性设计了混凝土三点弯曲试验，测定了混凝土断裂性能参数，在此基础上通过混凝土梁四点弯曲模拟得到了混凝土拉剪复合型裂缝断裂判据。 3.根据扩展有限元理论采用ABAQUS数值模拟软件对地铁隧道衬砌纵向裂缝进行模拟研究，从衬砌变形特征、内力分布以及发育情况分析得出纵向裂缝扩展规律。 4.建立含纵向裂缝衬砌数值模型，并设置5种裂缝深度和7种裂缝角度共计35种工况进行模拟，计算得出不同工况下裂缝失稳系数，得到深度和角度对纵向裂缝稳定性的影响规律。 5.研究衬砌出现纵向裂缝后承载性能劣化情况，计算得出36种不同数量、不同位置、不同深度的纵向裂缝病害工况下衬砌的剩余刚度比值，并得到裂缝深度与剩余刚度比的拟合公式。 6.依据裂缝状态、发展速率、深度、宽度等方面将衬砌裂缝病害定性定量分为4个等级，结合实际工程裂缝病害治理方法提出相应的治理措施，为地铁隧道裂缝病害的治理提供参考。 |
| 作者： | 周义舒 |
| 专业： | 安全工程 |
| 导师： | 刘春;郭臣业 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆科技学院 |
| 学位年度： | 2022 |
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