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隧道围岩流变对衬砌结构长期安全性影响规律研究
| 论文题名： | 隧道围岩流变对衬砌结构长期安全性影响规律研究 |
| 关键词： | 隧道工程;衬砌结构;围岩流变;安全系数 |
| 摘要： | 改革开放30多年来，伴随着我国交通事业的快速发展，修建了大量的隧道及地下工程，取得了令人瞩目的成就。同时运营多年的隧道会出现衬砌开裂、剥落掉块，渗漏水等病害现象，影响隧道的正常使用，因此研究隧道结构的耐久性问题成为一大课题。目前针对这一课题研究较多的主要是从混凝土腐蚀速率的角度出发，而从岩石流变学的角度，对围岩与衬砌间相互作用力的研究还比较少，且现有的理论都是针对静水压力作用下的圆形隧道，对于二向不等压作用下围岩与衬砌相互作用力的解析解还没有给出。 本文从岩石流变学的角度，将围岩视为粘弹性体，衬砌视为弹性体，从理论上，推导了在二向不等压作用下圆形隧道围岩与衬砌间相互作用力随时间变化的解析解，并进一步推导了衬砌的安全系数随时间变化的解析解。为了对理论推导的结果进行验证，利用FLAC3D软件对其做了数值模拟，对于工程上应用较多的非圆形隧道也做了数值计算，并对其耐久性做了评价。 针对“隧道围岩流变对衬砌结构长期安全性影响规律研究”这一课题，本文研究工作及取得的成果如下: 1、将围岩视为流变介质，且符合Burgers流变模型，将衬砌视为弹性体，利用“弹性-粘弹性”对应原理，推导了圆形隧道在二向不等压作用下围岩与衬砌间相互作用力随时间变化的解析解，进一步给出衬砌安全系数随时间变化的解析解。利用MATLAB软件，将推导的公式进行编程计算，绘制了安全系数随时间变化的曲线; 2、使用FLAC3D软件，围岩采用Burgers本构模型，衬砌采用弹性模型，模拟了侧压力系数为1.5的情况下，衬砌结构内力随时间变化的规律，并应用容许应力法，对衬砌的安全系数做了评价; 3、针对圆形隧道，在同等条件下，将理论推导与数值模拟所得的安全系数进行对比分析，发现二者所得结果一致，验证了本文理论推导和数值模拟结果的正确性; 4、对于工程上应用较多的三心圆拱隧道，以绩黄高速佛岭隧道为例，利用FLAC3D软件对其进行模拟计算，计算得到隧道运营100年后的安全系数为2.11，满足衬砌结构100年正常使用的要求。 |
| 作者： | 高丽君 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 刘保国 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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