公路隧道衬砌后空洞对结构安全的影响

基于公路隧道衬砌后空洞对结构安全影响的模型试验,利用ANSYS软件进行数值分析,研究隧道在不同的应力场中,空洞位于不同位置以及空洞被回填前后,衬砌结构的力学性状,并结合模型试验结果,综合评价隧道结构的安全性。分析结果表明:空洞存在于拱顶上方或右边墙背后,病害分别集中于隧道衬砌上半部区域或右半部区域;当空洞被回填后,病害多集中于衬砌拱圈的下半部或左半部,且随着侧压力系数的增大,这种情况越明显;空洞回填一般能使其结构安全性能提高10%～30%;结构性能提升最明显的区域是,在水平压力为主的应力场中,拱顶空洞回填后,承受弯矩减少达76%,在竖向压力为主的应力场中,右侧边墙空洞回填后,承受弯矩减少达71%。     

氧化石墨烯对隧道衬砌混凝土性能影响研究

氧化石墨烯作为一种新型功能材料,对水泥基材料有增强增韧的作用,隧道衬砌结构是沿隧道洞身用混凝土材料修建的永久性支护结构,由于特殊的服役环境,衬砌结构耐久性和力学性能比普通混凝土要求更高,且其耐久性主要体现在抗氯离子性能上。为提高衬砌结构性能,考虑在衬砌材料中添加不同掺量的氧化石墨烯,分别进行力学试验和抗氯离子渗透试验。试验结果表明：当氧化石墨烯掺量为0.03%时,混凝土28d抗压强度为55.93MPa（相比普通混凝土提高约30.77%）,28d抗折强度为10.90MPa（相比普通混凝土提高约21.92%）且抗氯离子性能也有明显的提高     

黄土地区隧道衬砌背后空洞对结构影响模拟分析

通过对黄土隧道现场调研,测试和资料收集,得到隧道衬砌背后空洞的大小、位置及混凝土衬砌的强度等参数,采用ANSYS软件建立数学模型对隧道衬砌背后有空洞部位进行模拟分析,通过有无空洞的对比,研究空洞大小及所处位置对隧道衬砌受力及变形的影响程度,找出空洞的临界大小及最不利位置.     

衬砌背后矩形空洞对隧道初支应力分析

在新奥法隧道施工过程中,岩石隧道光面爆破效果不够理想,衬砌背后存在空洞的现象愈加普遍。结合工程实例,采用数值模拟手段进行三维弹塑性分析,探讨在隧道衬砌背后存在矩形空洞时,不同尺寸条件下初支的应力分布变化情况。通过引入有限元强度折减法计算存在空洞时隧道结构的整体安全系数并与健康隧道的安全系数进行对比,对初期支护的拉应力、压应力与相应的安全系数进行线性回归,综合评价隧道结构的稳定性。     

石膏围岩隧道衬砌结构腐蚀模型研究

为研究石膏岩对隧道衬砌结构的腐蚀性,对硫酸盐侵蚀混凝土的机理及影响因素进行了深入分析.设计正交试验,研究硫酸盐对混凝土腐蚀系数的变化规律,结果表明:抗渗等级、C_3A质量分数与腐蚀系数呈二次函数关系,硫酸根质量浓度和时间与腐蚀系数呈对数函数关系,溶液压力与腐蚀系数近似呈线性关系;采用极差与层次分析法对各个因素的影响权重进行解算,各因素按权重大小依次为:C_3A质量分数、硫酸根质量浓度、时间、抗渗等级、溶液压力;综合考虑各个因素,基于BP神经网络建立了混凝土腐蚀后强度变化量的预测模型,并将该模型成功应用在礼让隧道的衬砌设计中.     

氧化石墨烯对隧道衬砌混凝土性能的影响

氧化石墨烯作为一种新型功能材料,对水泥基材料有增强增韧的作用,隧道衬砌结构是沿隧道洞身用混凝土材料修建的永久性支护结构,由于特殊的服役环境,衬砌结构耐久性和力学性能比普通混凝土要求更高,且其耐久性主要体现在抗氯离子性能上。为提高衬砌结构性能,考虑在衬砌材料中添加不同掺量的氧化石墨烯,分别进行力学试验和抗氯离子渗透试验。试验结果表明:当氧化石墨烯掺量为0.03%时,混凝土28 d抗压强度为55.93 MPa(相比普通混凝土提高约30.77%),28 d抗折强度为10.90 MPa(相比普通混凝土提高约21.92%)且抗氯离子性能也有明显的提高。     

隧道衬砌空洞的探地雷达图谱特征研究

探地雷达作为一种高效、先进的无损检测设备,能够对隧道衬砌实施连续扫描,获得形象直观的探测图像,在公路隧道衬砌空洞检测中获得了广泛的应用.然而,由于探地雷达在我国的应用时间还非常短暂以及雷达图谱的复杂性,因此探地雷达空洞图谱的辨识还存在一定的问题.据此,通过空洞模型实验和隧道衬砌空洞现场实验,研究了模型空洞和公路隧道衬砌实测空洞的探地雷达图谱特征.在对实验数据及图像进行全面分析和对比之后,得到空洞探地雷达图谱的特征,据此提高隧道衬砌空洞探地雷达图谱的判读精度.     

粘弹性围岩复合式隧道衬砌解析解

本文基于粘弹性理论和环形条元法给出了粘弹性围岩复合式隧道衬砌解析解,并利用该解对复合式隧道衬砌的力学机理及二次衬砌最佳支护时机进行了分析.     

可考虑任意围岩压力分布形式的隧道衬砌计算分析

以大型通用软件ANSYS为平台,采用静力等效原则,把压力转化为相应的节点荷载,解决了隧道围岩压力与节点位置相关又不与衬砌结构垂直的输入问题.利用ANSYS的参数化高级设计语言,编制了适合任意三心圆拱衬砌断面和不同围岩压力分布形式的隧道衬砌内力和偏心距的通用计算程序.这为隧道设计提供了很大的方便.以武广客运专线双线浅埋隧道为例进行了计算分析.结果表明:对于埋深较浅的隧道,如果拱顶围岩压力按均布进行计算,结果会产生较大误差.围岩压力仅按均布设计的隧道,拱腰易出现开裂;围岩压力仅按马鞍型设计的隧道,拱顶易出现开裂;最好采用多种围岩分布形式进行隧道设计与验算.     

隧底溶洞对衬砌结构力学行为的影响

基于考虑地基剪切变形的Pasternak弹性地基梁理论,推导了无仰拱隧道拱脚处地基梁的位移和内力计算公式,对比分析了Pasternak模型和Winkler模型计算结果,与现场监测结果对比,并基于Pasternak模型研究不同介质压缩模量及不同溶洞规模情况下衬砌的变形受力状态.研究结果表明:Pasternak模型的计算结果比Winkler模型偏小,更符合实际变形受力情况;在溶洞和围岩的交界处衬砌存在明显的反弯点,且交界处剪力最大;溶洞填充物压缩模量与围岩压缩模量比值小于等于0.5时,溶洞段衬砌位移和内力急剧增加;溶洞规模对衬砌位移和剪力影响显著,长度8 m以上溶洞对衬砌结构危害性较大.     

衬砌干燥程度对隧道防火涂料粘结性能的影响研究

隧道防火涂料能提高隧道结构的耐火性能,但当涂料与衬砌间的粘结强度较低时,会造成涂料脱落现象,影响防火效果。通过粘结拉伸试验研究了衬砌湿度、养护湿度和温度与粘结强度之间的关系。结果表明衬砌干湿程度对粘结性能有重要影响,衬砌越潮湿粘结强度越低;养护湿度有利于粘结强度的提高;温度较低时,养护温度提高有利于粘结强度的增长,但养护温度较高时粘结强度反而下降。研究结果可为隧道防火涂料的应用提供技术支撑,具有较好的理论和实际意义。     

岩溶隧道排水系统不同堵塞条件下衬砌结构力学特性

岩溶隧道在营运过程中常发生排水系统堵塞的问题,地下水不能及时排出会造成衬砌背后水压力快速增加,直接影响隧道衬砌结构的受力特性,严重情况时会危及隧道的正常营运。为进一步探究岩溶隧道排水系统堵塞时衬砌背后水压力分布规律及衬砌结构的受力情况,依托浙江临建(临安—建德)高速公路项目的岩溶区段隧道,采用FLAC3D软件对岩溶段隧道排水系统在不同堵塞率条件下的衬砌结构力学特性进行分析,同时建立室内渗流模型试验进一步验证数值模拟结果的合理性。研究结果表明：衬砌背后水压力随堵塞率增大而非线性增大,并可分为3个增长区,其中堵塞率为0%～40%时是快速增长区,堵塞率为40%～80%时是平稳区,堵塞率为80%～100%时是骤增区;相对于排水系统正常工作状态,完全堵塞状态条件下衬砌背后水压力最大值增加了162%,故将排水系统堵塞率为40%定为衬砌背后水压力的堵塞率控制阈值;衬砌结构应力增长无明显阶段性分区,整体上衬砌结构应力随堵塞率增大线性变化;完全堵塞状态条件下最小主应力与最大主应力最大值分别增加了149%与83%,排水系统无明显堵塞率阈值;在不同堵塞状态下,普通断面衬砌不同受力特征均呈对称分布,溶洞断面衬...     

隧道衬砌厚度不足对衬砌结构承载力影响

目的对某城市隧道检测,探究隧道是否会因衬砌厚度不足或衬砌减薄而对结构安全及承载力造成影响.方法通过模拟实验,选取典型的衬砌断面为研究对象,用层次分析法衡量安全因素权重值,建立模型对不同程度的衬砌厚度不足情况进行承载力和变形分析.结果当实际衬砌与设计厚度比值从0.9降到0.5时,最大竖向变形值从18 mm增加到45 mm;当其比值小于0.7时,其承载力安全系数显著减小,结构安全系数降低;当比值大于0.7时,结构安全.结论衬砌厚度在不同工况下,结构承载力和安全性随着衬砌厚度与实际厚度的比值减小而减小.隧道衬砌厚度达不到设计要求会削弱结构的承载能力且影响其正常使用.     

地裂缝隧道衬砌结构与围岩相互作用机理

针对台凹型活动地裂缝正交区间隧道,通过有限差分数值方法模拟地裂缝区间隧道的开挖施工、分缝衬砌结构与地裂缝上下盘之间相对错动,从地表和衬砌的沉降位移、围岩位移场、围岩土压力以及衬砌结构内力方面分析了隧道结构与围岩的变化特征.结果表明：台凹型活动地裂缝不均匀变形主要发生在上盘内地裂缝一定范围的地层内;分缝衬砌结构端部的拱顶土压力呈现出集中增大和减小的变化特征,上盘内地裂缝附近仰拱底的土压力出现松弛;变形缝两侧衬砌结构的端部出现轴向应力集中现象.分缝衬砌结构一方面能够适应地裂缝错动位移,避免结构内力过大而引起强度破坏;另一方面,能够抑制地层的不均匀沉降变形,使得地裂缝处变形缝两侧衬砌结构的相对位移减小,并改善地裂缝区间隧道的运行条件.     

岩溶隧道衬砌水压力分布规律研究

长期以来隧道衬砌水压力问题，一直是人们争论的焦点。依托宜万铁路岩溶隧道工程，对不同防排水方式（即全封堵、堵排结合及排放方式）的隧道衬砌水压力分布规律进行研究，研究方法主要采用模型试验及现场测试方法，模型试验的比例尺为1∶16，试验台架可同时施加土压和水压。通过模型试验得出水压力分布规律：全封堵条件下衬砌背后水压力不能折减，注浆圈也不能有效减小水压力；隧道内排水后衬砌背后水压力明显减小，并随着排水量的增加，水压力基本成直线下降；相同排水量时，注浆效果越好，衬砌背后水压力减小越明显；隧道采用全排导方式时，衬砌仍承受一定的水压。由模型试验得出的水压分布规律的部分结论，在现场水压力测试中得到了验证。     

空洞对隧道结构的影响计算

通过进行隧道数值模拟计算,了解模注混凝土衬砌中空洞对结构的影响。通过对山东博山～莱芜隧道Ⅴ级围岩深埋情况隧道整体结构随空洞大小变化的研究,了解空洞对隧道整体结构中拱顶的危害最大,得出定性的结论,指导隧道后期运营。     

偏压隧道围岩压力分布规律理论研究

结合偏压隧道围岩压力的理论公式,分析偏压隧道围岩压力和破坏范围与地表倾角、埋深和围岩条件的关系.结果表明:地表倾角越大,则深埋侧的破坏范围越大,而浅埋侧的破坏范围减小;偏压程度随着埋深的增大而减小;破坏范围随着摩擦角的增大而减小,偏压程度随着计算摩擦角的增大而减小,提高软弱围岩的力学参数可以有效地改善隧道的偏压情况,而...     

公路隧道衬砌背后空洞注浆处治的应用分析

受施工工艺、技术的影响和质量控制、管理等因素的制约,隧道衬砌背后难免会产生一些空洞或不密实带,埋下安全隐患,这对隧道结构的长期稳定及健康安全运营十分不利。本文以公路隧道为例,对衬砌背后存在的空洞缺陷采用压力水泥注浆法进行处治,并对处治后的效果以地质雷达检测为手段进行了评价分析,效果良好。     

盾构隧道围岩与衬砌协同作用纵向位移计算法

盾构机掘进过程中,千斤顶顶进力的不均匀引起的纵向位移是管片间初始错台的主要原因之一;基于Timoshenko梁理论的隧道纵向位移计算方法,未能考虑隧道开挖后围岩卸载破坏的变形特征及围岩与衬砌结构的协同作用效应,预测误差较大。建立了考虑围岩卸载扩容效应的等效地基抗力系数计算方法,提出了能考虑螺栓个数的等效抗剪刚度计算公式,建立一种基于Timoshenko梁理论的改进管片拼装式隧道纵向位移理论计算方法。实际工程案例分析表明：考虑围岩开挖卸载过程中围岩的非线性体积相关塑性变形（即扩容效应）更合理;考虑壁后注浆液固化过程的时效性,采用改进的滑移边界条件计算的纵向位移最大值是传统的固定端边界的计算值的2.3倍,边界条件对计算结果影响较大,本文计算方法更符合实际情况,也更安全。