富水大断面公路隧道水压模型试验及衬砌结构力学行为研究

论文摘要

为研究隧道衬砌在围岩压力及外水压力综合作用下的受力特征、结构安全性及破坏过程,采用自制的均匀水压模拟加载装置及隧道地层复合试验台架,实现对围岩压力及外水压力的分别控制加载,完成在深埋条件下不同外水压力作用下衬砌结构受力模型试验。运用ANSYS有限元软件分阶段计算衬砌在水土压力作用下的受力特征,计算各部分安全系数,并与试验结果对比分析。研究表明:采用抽真空的方法模拟外水压力时,外水压力值越大,试验结果越接近真实情况,当外水压力达到150 kPa时,其差值可控制在5%以内;在外水压力及围岩压力的作用下,墙脚及拱底分别受最大正弯矩及最大负弯矩作用,且安全系数较其他位置小;随着外水压力的增大,衬砌所受的轴力及弯矩持续增大,且增大速率基本呈线性,其中墙脚位置增长速率最快;随着荷载的增大衬砌结构墙脚最先发生破坏,墙脚裂缝发展导致衬砌结构应力重分布,最终引起拱底开裂;墙脚的裂缝导致墙脚处承受的正弯矩不断减小,拱底承受的负弯矩不断增大,安全系数不断减小;当墙脚的裂缝宽度发展至1.5～2.0 mm时,试验数据及数值模拟结果计算所得拱底安全系数降低至1.5左右,拱底不再满足承载要求,与试验中衬砌的开裂行为相吻合。所提出的模型试验方案可为类似模型试验提供参考,研究成果可为富水大断面公路隧道的设计及安全评估提供依据。

论文目录

• 0 引 言
• 1 工程背景
• 2 水压模拟方法及内力比较
•   2.1 外水压模拟方法
•   2.2 模拟外水压力值的确定
•   2.3 内力比较
• 3 相似模型试验
•   3.1 围岩-隧道复合加载试验台架设计
•     3.1.1 隧道结构外部水压力模拟装置
•     3.1.2 隧道围岩压力模拟
•   3.2 相似材料与试验量测系统
• 4 不同水压下二次衬砌力学行为
•   4.1 衬砌内力分布及变化规律
•   4.2 安全系数及破坏形态
•   4.3 墙脚裂后仰拱力学行为
• 5 数值模拟
•   5.1 墙脚裂前数值模拟
•   5.2 墙脚裂后数值模拟
• 6 结 语

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 王志杰,雷飞亚,侯伟名,王李,周平,蒋新政

关键词: 隧道工程,受力特征,模型试验,开裂过程,安全系数,富水大断面

来源: 中国公路学报 2019年08期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅱ辑

专业: 公路与水路运输

单位: 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室

基金: 国家自然科学基金项目(51678498),教育部创新团队发展计划项目(IRT0955),中央高校基本科研业务费专项资金项目(SWJTU11ZT33)

分类号: U451

DOI: 10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.08.012

页码: 134-144

总页数: 11

文件大小: 7342K

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