石膏圍巖腐蝕特性對隧道襯砌結(jié)構(gòu)安全性影響研究.pdf

1、我國各地高速公路工程隨著經(jīng)濟的發(fā)展而大量開展，越來越多的工程不得不面臨十分復(fù)雜的地質(zhì)條件。公路隧道是公路系統(tǒng)的重要組成部分，越來越多隧道在石膏巖地層中修建，石膏巖石一種典型的膨脹腐蝕類圍巖，其腐蝕性會對襯砌結(jié)構(gòu)強度造成嚴重劣化，影響隧道后期運營安全。針對這一工程病害，本文以禮讓隧道為工程依托，通過設(shè)計正交試驗研究了不同因素對混凝土腐蝕后強度變化量的影響規(guī)律及權(quán)重，并基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了混凝土腐蝕后強度變化量預(yù)測模型，然后對隧道襯砌結(jié)構(gòu)

2、混凝土腐蝕后受力情況演化進行了數(shù)值模擬，主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下：
　　(1)采用正交試驗方法，研究了混凝土抗?jié)B等級、C3A含量、腐蝕溶液壓力、SO42-濃度和時間五個因素綜合作用下硫酸鹽對混凝土的腐蝕特性，分析了不同因素對混凝土腐蝕后強度變化量的影響規(guī)律，結(jié)果顯示：抗?jié)B等級、C3A含量與混凝土腐蝕后強度變化量成二次函數(shù)關(guān)系，硫酸根濃度和時間與混凝土腐蝕后強度變化量成對數(shù)函數(shù)關(guān)系，溶液壓力與混凝土腐蝕后強度變化量近似呈線性關(guān)系。

3、r>　　(2)采用極差分析法和層次分析法對各因素對混凝土腐蝕后強度變化量的影響權(quán)重分別進行定性分析和定量解算。極差分析結(jié)果顯示各因素按權(quán)重大小排序依次為：C3A含量、硫酸根濃度、時間、抗?jié)B等級、溶液壓力；層次分析法結(jié)果顯示各因素對應(yīng)的影響權(quán)重依次為：0.3797、0.319、0.101、0.1818、0.0186。
　　(3)基于 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，分別構(gòu)建了隱含層神經(jīng)元個數(shù)為3~13的混凝土腐蝕后強度變化量預(yù)測模型，并進行訓(xùn)練和檢驗

4、，檢驗結(jié)果表明混凝土腐蝕后強度變化量預(yù)測模型中隱含層神經(jīng)元個數(shù)為9時模型預(yù)測結(jié)果最準確，所選五個預(yù)測樣本預(yù)測結(jié)果最大誤差為4.2％。
　　(4)基于損傷力學(xué)原理，建立了混凝土完全腐蝕厚度模型，并根據(jù)混凝土腐蝕后強度變化量預(yù)測模型的預(yù)測值，計算出了禮讓隧道運營期10年、20年、……100年后襯砌結(jié)構(gòu)等效完全腐蝕后厚度分別為7.36cm、8.10cm、8.54cm、8.85cm、9.10cm、9.30cm、9.48cm、9.63cm、

5、9.76cm、9.88cm。
　　(5)在常規(guī)荷載-結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，采用接觸分析方法，提出了基于接觸分析的荷載-結(jié)構(gòu)模型，并采用該方法對禮讓隧道襯砌結(jié)構(gòu)受力情況進行了模擬，得到了其最大壓應(yīng)力和最大拉應(yīng)力在禮讓隧道運營期的變化情況。
　　(6)從多方面提出了禮讓隧道襯砌結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)措施，包括：提出改善噴射混凝土防腐蝕性能、改善二次襯砌防腐蝕性能、采用全包防水板、涂憎水材料等防腐蝕措施。在優(yōu)化后參數(shù)下采用混凝土腐蝕后強度變化