基于有限元法的病害隧道結(jié)構(gòu)安全性評價.pdf

1、隧道作為一種人工開挖的處于天然地層中的地下結(jié)構(gòu)物，由于施工、材料以及地質(zhì)環(huán)境變化的影響，既有線的隧道在運營期間不可避免地會產(chǎn)生各種病害。其中的結(jié)構(gòu)性的病害對隧道襯砌結(jié)構(gòu)安全性影響尤為顯著，對隧道安全可靠性的影響最大。
　　本文以既有鐵路京原線平型關(guān)隧道病害調(diào)查檢測為工程背景，結(jié)合該隧道設(shè)計施工及竣工驗收等相關(guān)資料，采用有限元數(shù)值模擬的方法，主要對平型關(guān)隧道襯砌裂縫及襯砌背后存在空洞這兩種病害對隧道襯砌結(jié)構(gòu)安全性的影響進行了全面的分

2、析研究，得出了一些結(jié)論，可以作為該隧道病害整治的理論依據(jù)。
　　本文主要進行了以下的研究工作并得出了一些結(jié)論:
　　(1)通過現(xiàn)場病害調(diào)查檢測，得到了平型關(guān)隧道襯砌開裂以及襯砌背后存在空洞的病害現(xiàn)狀，為進一步的有限元模擬提供了計算所需的參數(shù)。
　　(2)運用有限元數(shù)值分析法，采用接觸單元來模擬隧道二次襯砌裂縫。對于在隧道不同位置存在同樣深度的裂縫以及在隧道拱頂位置存在不同深裂縫時，對隧道襯砌結(jié)構(gòu)安全性的影響進行了分析。

3、采用格里菲斯(Griffith)準則來判定存在裂縫的隧道襯砌的結(jié)構(gòu)安全性。
　　(3)運用ANSYS有限元軟件建立帶裂縫的襯砌結(jié)構(gòu)計算模型，求解出裂縫尖端附近的節(jié)點位移，求得裂縫尖端附近區(qū)域的應力強度應子，從而來判斷帶裂縫襯砌結(jié)構(gòu)的安全性。
　　(4)運用有限元數(shù)值分析法，對于隧道襯砌背后存在空洞的病害類型進行模擬，通過與襯砌背后無空洞的情況進行對比分析，得到了在襯砌背后不同位置存在空洞以及在隧道同一位置存在不同規(guī)模的空洞時

4、對隧道襯砌結(jié)構(gòu)安全性的影響。用襯砌結(jié)構(gòu)安全系數(shù)來判定襯砌背后存在空洞的病害對襯砌結(jié)構(gòu)安全性的影響。
　　(5)通過數(shù)值模擬分析，得出裂縫深度對隧道襯砌結(jié)構(gòu)的安全性影響顯著，當裂縫深度為襯砌厚度的1/4時，襯砌結(jié)構(gòu)裂縫部位達到臨界安全狀態(tài)。當裂縫的深度為襯砌厚度的3/4時，襯砌結(jié)構(gòu)裂縫部位已完全進入破壞狀態(tài)。襯砌背后空洞的規(guī)模對結(jié)構(gòu)安全性影響較大，當襯砌背后存在空洞時，空洞部位的襯砌結(jié)構(gòu)較無空洞時會產(chǎn)生較大的彎矩，使得彎矩受拉側(cè)產(chǎn)生