含膏鹽地層深埋隧道滲流場--化學場--應力場耦合作用致災效應與防控對策研究.pdf

1、我國西南地區(qū)地質(zhì)情況復雜惡劣，三疊系巴東組含膏鹽地層分布廣泛，其中在三峽庫區(qū)附近修建的許多深埋在役隧道，在含硫酸鹽地下水的侵蝕作用下，隧道襯砌均出現(xiàn)了或輕或重的腐蝕破壞現(xiàn)象，常常引發(fā)結構混凝土腐蝕疏松、滲漏水及剝落掉塊等病害問題，其中邊墻、隧底侵腐狀況尤為嚴重，對其正常運營帶來了嚴重的安全隱患。隧道工程總是寄存在一定的地質(zhì)系統(tǒng)中，環(huán)境水、腐蝕介質(zhì)以及地應力是該地層環(huán)境中的三個主要影響因素，這些因素均以場的形式存在。在膏鹽地層中滲流場(H

2、)、化學場(C)以及應力場(M)三者間總是彼此聯(lián)系、相互影響，共同“促進”著圍巖-支護承載結構的破壞，若將各作用場分開研究而忽略其中的耦合關系，那么得出的研究結論很難與實際情況相匹配，失去了工程指導意義。
　　本文以G42滬蓉高速公路上的分界梁隧道以及G50滬渝高速公路上的譚家寨隧道為工程背景，系統(tǒng)的闡述了硫酸鹽的腐蝕破損機理，基于ABAQUS有限元軟件進行了滲流-應力耦合數(shù)值分析，并通過考慮一定的強度折減與厚度折減來對化學場進行

3、簡化模擬，分別進行了不考慮耦合、考慮耦合的數(shù)值分析，最后系統(tǒng)的研究了膏鹽地層中隧道的防腐蝕技術措施，并分別對分界梁、譚家寨隧道的硫酸鹽侵腐病害提出行之有效的防控對策。本文主要的研究內(nèi)容與成果如下:
　　1.由HCM三場耦合效應所造成的結構體破損程度及性能劣化速度均遠超單場作用、雙場耦合作用，盡管譚家寨隧道侵蝕性SO42-離子濃度比分界梁隧道高很多，但從實際的勘察數(shù)據(jù)來看，分界梁隧道的腐蝕破損程度反而更為嚴重，對這一現(xiàn)象的解釋是:混

4、凝土的劣化破損，并非是由侵蝕性離子濃度單一因素來決定，而是多個因素耦合作用的結果。
　　2.對于膏鹽地層中的深埋隧道滲流場-化學場-應力場甚至更多作用場間的耦合作用致災效應是不容忽視的。對于化學場的作用效果，可以基于強度折減理論，選取一適當?shù)恼蹨p系數(shù)對其進行等效簡化處理，由于不同環(huán)境中的化學場腐蝕作用強弱不一，所以折減系數(shù)的具體取值還需結合實際情況進行更加深入的分析、研究，同時還可考慮一定的厚度折減以提高結構的安全富余度。

5、　　3.ABAQUS數(shù)值分析顯示，不考慮耦合、考慮流固耦合以及考慮強度折減“等效”化學場的三場耦合，對結構的承載性能影響較大。在按嚴重腐蝕程度考慮5cm厚度折減的基礎上，進行HCM三場耦合分析計算，得出特征截面的最小安全系數(shù)為2.789滿足規(guī)范要求，從而驗證了分界梁隧道硫酸鹽腐蝕處治設計選用C45強度的耐腐蝕鋼筋混凝土是合理、可行的。
　　4.在準確判定硫酸鹽的腐蝕類別，弄清其侵蝕機理的基礎上，組合多方面的防侵腐措施進行聯(lián)合防護，