基于有限元法的病害隧道結(jié)構(gòu)安全性評(píng)價(jià).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(yùn)營(yíng)期間不可避免地會(huì)產(chǎn)生各種病害。其中的結(jié)構(gòu)性的病害對(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)安全性影響尤為顯著，對(duì)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(cè)為工程背景，結(jié)合該隧道設(shè)計(jì)施工及竣工驗(yàn)收等相關(guān)資料，采用有限元數(shù)值模擬的方法，主要對(duì)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(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)安全性的影響進(jìn)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(jìn)行了以下的研究工作并得出了一些結(jié)論:
　　(1)通過現(xiàn)場(chǎng)病害調(diào)查檢測(cè)，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(jìn)一步的有限元模擬提供了計(jì)算所需的參數(shù)。
　　(2)運(yùn)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(duì)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(shí)，對(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)安全性的影響進(jìn)行了分析。

3、采用格里菲斯(Griffith)準(zhǔn)則來判定存在裂縫的隧道襯砌的結(jié)構(gòu)安全性。
　　(3)運(yùn)用ANSYS有限元軟件建立帶裂縫的襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，求解出裂縫尖端附近的節(jié)點(diǎn)位移，求得裂縫尖端附近區(qū)域的應(yīng)力強(qiáng)度應(yīng)子，從而來判斷帶裂縫襯砌結(jié)構(gòu)的安全性。
　　(4)運(yùn)用有限元數(shù)值分析法，對(duì)于隧道襯砌背后存在空洞的病害類型進(jìn)行模擬，通過與襯砌背后無空洞的情況進(jìn)行對(duì)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(shí)

4、對(duì)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(duì)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(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)的安全性影響顯著，當(dāng)裂縫深度為襯砌厚度的1/4時(shí)，襯砌結(jié)構(gòu)裂縫部位達(dá)到臨界安全狀態(tài)。當(dāng)裂縫的深度為襯砌厚度的3/4時(shí)，襯砌結(jié)構(gòu)裂縫部位已完全進(jìn)入破壞狀態(tài)。襯砌背后空洞的規(guī)模對(duì)結(jié)構(gòu)安全性影響較大，當(dāng)襯砌背后存在空洞時(shí)，空洞部位的襯砌結(jié)構(gòu)較無空洞時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的彎矩，使得彎矩受拉側(cè)產(chǎn)生