寒區(qū)隧道襯砌拱頂背后空洞對二襯受力影響規(guī)律研究.pdf

1、伴隨著國家對西部高寒地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大力投入，寒區(qū)公路隧道建設(shè)近年來取得了較大發(fā)展。但受地質(zhì)和氣候條件、設(shè)計施工質(zhì)量、運營維護措施等多種因素的影響，不少寒區(qū)隧道營運后出現(xiàn)不同程度的病害。其中，襯砌背后空洞是寒區(qū)隧道產(chǎn)生病害的重要原因之一。
　　本文采用數(shù)值模擬方法著重研究了寒區(qū)隧道拱頂襯砌拱頂背后空洞在圍巖凍融過程中對隧道支護結(jié)構(gòu)力學(xué)性態(tài)的影響。本次研究考慮了溫度場與應(yīng)力場耦合、空洞積水狀態(tài)、空洞形狀及尺寸、圍巖強度及含水狀況、

2、襯砌剛度與厚度等因素，分析總結(jié)出襯砌拱頂背后空洞對寒區(qū)隧道支護結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。
　　考慮寒區(qū)隧道襯砌背后空洞研究的復(fù)雜性，本文進行數(shù)值模擬分析時按影響因素將工況分成兩大類:一類是空洞自身條件，如是否積水凍脹、形狀尺寸等;另一類屬外部條件，如圍巖物理特性、凍脹率、襯砌剛度和厚度等。針對上述影響因素，本文除作單獨的分析以外，還與其它影響因素進行交叉對比分析，以期全面深入的分析評價各因素影響規(guī)律與影響程度。對于以上每種影響因素，本文都建

3、立了相應(yīng)的二維彈塑性分析模型，計算出該工況下隧道圍巖的應(yīng)力場、位移場及溫度場，著重分析研究了隧道支護結(jié)構(gòu)及空洞下部襯砌段的受力變形規(guī)律，并計算出結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)，以期將影響程度進行粗略量化。
　　通過對計算結(jié)果的大量分析對比發(fā)現(xiàn):隧頂空洞積水凍脹能嚴重扭曲襯砌的受力狀態(tài)，但僅限于拱頂附近。只有當尺寸較大時才會顯著降低襯砌的整體穩(wěn)定性;在圍巖凍結(jié)過程中，圍巖等級、襯砌剛度和厚度等外部條件對襯砌受力影響較明顯，但幾乎干擾不到襯砌的變形。