高水壓隧道襯砌混凝土損傷特性研究.pdf

1、很多隧道在投入運營以后會出現(xiàn)不同程度的損傷，如混凝土劣化、鋼筋銹蝕、滲漏水嚴重等現(xiàn)象，影響隧道的正常使用。高水壓地段隧道襯砌要承受圍巖壓力以及外水壓力，由于混凝土的滲透性，地下水會在混凝土內(nèi)的裂紋和孔隙內(nèi)滲流給混凝土帶來內(nèi)部孔隙水壓力。此外，隧道內(nèi)部環(huán)境復(fù)雜且地下水中侵蝕性離子較多，會對襯砌混凝土造成腐蝕。隧道襯砌混凝土的碳化和鋼筋銹蝕以及裂損可以降低混凝土的強度，增大混凝土的孔隙度，在水壓作用下促進水體的滲透，與此同時混凝土的滲流場與

2、應(yīng)力場相互作用，影響其損傷的發(fā)展。本文分析了隧道的復(fù)雜環(huán)境對襯砌混凝土耐久性損傷的影響;運用斷裂力學(xué)應(yīng)力強度因子分析襯砌在拉壓應(yīng)力作用下裂紋深度對其損傷發(fā)展造成的影響;研究了水壓滲透作用下襯砌混凝土內(nèi)部滲流場與應(yīng)力場之間的耦合關(guān)系，并利用有限元軟件ABAQUS分析滲流—應(yīng)力耦合作用下對混凝土損傷的影響。本文的主要工作及成果如下:
　?、俟匪淼劳ㄜ嚵康妮^多，導(dǎo)致隧道內(nèi)部堆積的酸性氣體增多，加快了襯砌混凝土的碳化損傷，降低混凝土的工

3、作性能。富水區(qū)隧道地下水中含有很多侵蝕性離子對混凝土以及鋼筋混凝土中的鋼筋進行侵蝕，使混凝土與鋼筋的有效承載面積減少，損傷量增加。據(jù)此建立了混凝土碳化損傷模型以及鋼筋銹蝕損傷模型。
　?、谶\用斷裂力學(xué)原理，根據(jù)應(yīng)力強度因子針對裂紋深度對襯砌結(jié)構(gòu)損傷影響進行分析。應(yīng)力強度因子是判斷襯砌結(jié)構(gòu)破壞失穩(wěn)的重要因子，其值與襯砌在拉伸、彎矩作用下的軸力和彎矩成正比。當在裂紋發(fā)展初期，其深度對混凝土損傷的影響是很緩慢的，但是到了一定程度后，應(yīng)力

4、強度因子發(fā)生突變，這時裂紋深度很小的擴展都會加劇襯砌混凝土損傷，直至發(fā)生貫穿裂縫影響襯砌的承載能力。
　?、刍炷磷陨韼в形⒘鸭y、微孔隙等初始損傷，在外界環(huán)境和周圍壓力的作用下，初始損傷逐漸擴展，在高水壓的作用下提高了其滲透性能。隧道襯砌混凝土內(nèi)滲流場與應(yīng)力場相互作用，相互演化，影響著損傷的發(fā)展。本文建立了襯砌混凝土在高水壓下滲流場與應(yīng)力場的耦合關(guān)系，并建立滲流系數(shù)與應(yīng)力、損傷之間的關(guān)系。通過ABAQUS有限元軟件對高水壓下隧道襯