一、简述公路隧道混凝土衬砌施工(论文文献综述)
王观群[1](2021)在《青岛地铁隧道衬砌裂缝演化机制及安全性评价研究》文中研究指明随着国内轨道交通建设工程大规模开展,隧道衬砌结构病害问题也随之显现,地铁隧道衬砌病害对交通造成严重的安全隐患。而隧道衬砌裂缝是最常见衬砌病害,运营中的隧道衬砌大多处于带裂缝工作的状态,因此,对地铁隧道衬砌结构裂缝演化机制以及衬砌结构安全性研究具有重要意义。本文以青岛地铁2号线石老人站到苗岭路站区间、3号线地铁大厦站到海尔路站区间和五四广场站到错埠岭站区间隧道裂缝病害检测项目为背景,以隧道衬砌裂缝为研究对象,采用颗粒离散元法,建立围岩与地铁隧道的离散元模型,对衬砌裂缝发育及扩展规律进行研究,并根据模拟结果找出隧道衬砌裂缝演化规律和薄弱位置,作为建立评价体系的依据,提出带裂缝衬砌的安全状态分级评价体系,取得主要结论与成果如下:(1)通过对青岛地铁隧道典型区间裂缝病害检测,总结了衬砌病害分布规律和几何形状特征,就衬砌裂缝走向而言,47%的裂缝是环向裂缝,纵向裂缝占比32%,斜向裂缝占比14%,网状裂缝仅占7%。按衬砌裂缝的分布位置来说,拱腰裂缝占比62%,其次是拱顶27%,拱肩裂缝占比最少为11%。就裂缝的几何尺寸而言,裂缝长度分布区间集中在3~9m,裂缝深度主要集中在60~120mm区间,裂缝宽度主要分布在0.2~0.8mm之间。裂缝病害的总体情况较好,裂缝形式中环向裂缝居多,裂缝多为发育程度较低的微小裂缝。(2)使用颗粒流方法完成围岩与衬砌的建模并进行细观参数标定,建立围岩与衬砌材料的试样模型。通过单轴实验、剪切试验确定围岩及衬砌等材料的宏细观参数对应关系,标定出离散元模型颗粒和接触模型合适的细观参数,最后得到5组细观参数用于模拟围岩及衬砌材料。比较不同模型本构关系的特点,选取平行粘结模型来定义颗粒间的接触,选取删除连接的方法模拟隧道衬砌裂缝,完成颗粒流方法带裂缝隧道衬砌的建模。(3)采用离散元方法对衬砌裂缝存在条件下的衬砌裂损状态分布及扩展规律进行了分析,并且以预设裂缝完全贯穿衬砌时加载墙单元位移距离作为侧面反映裂缝危险程度的指标。在拱腰位置预设裂缝,预设裂缝完全贯穿衬砌时加载墙单元的位移最大,其次是在拱肩位置预设裂缝,在拱顶处预设裂缝完全贯穿衬砌时加载墙单元的位移比在拱肩和拱腰要小很多,随着预设裂缝深度增大加载墙单元位移呈线性减小,预设深度变化对衬砌结构拱肩处影响更为显着。预设多条裂缝时,裂缝之间有互相连通趋势,在预设裂缝处有剥落掉块风险,预设裂缝条数越多,对衬砌结构安全性影响越大。裂缝预设拱顶和拱肩时,裂缝扩展和发育主要受拉应力影响,裂缝预设在拱腰时,裂缝扩展和发育受拉应力和剪应力影响,张拉裂缝大都贯穿衬砌,剪应力对衬砌截面抗裂性能不利,剪切裂缝出现一般是沿衬砌平截面轴线方向,导致隧道衬砌有剥落趋势。裂缝沿衬砌断面薄弱部位发展,当预设裂缝存在时,裂缝首先沿预设裂缝开始扩展,其它位置再出现裂缝,预设裂缝在拱顶时,衬砌裂缝开裂和发展顺序为:拱顶→拱肩→拱脚,预设裂缝拱肩时,拱肩内侧→拱顶→拱肩外侧→仰拱,预设裂缝拱腰时,拱腰内侧→拱脚→拱肩。(4)建立了隧道衬砌裂损衬砌安全状态评价模型,并且结合青岛地铁隧道检测工程实际,验证分级方法的可行性和可靠性。构建隧道衬砌裂缝的安全状态评价模型,选取衬砌裂缝几何尺寸、裂缝密度状况、裂缝分布状况作为一级指标,将裂缝的长度、宽度、深度和裂缝走向、部位以及裂缝数量作为基础指标。基于现场检测数据和数值模拟结果,提炼出了各个指标的隶属度函数,确定隧道衬砌病害状态等级评价表,通过计算出最终的模糊评判矩阵,对衬砌裂缝进行了安全状态评级。
鞠蕙[2](2021)在《公路隧道钢筋混凝土衬砌背后缺陷雷达探测信号干扰规律及增益方法》文中认为探地雷达因其使用灵活、适应能力强、数据直观、检测精度高等优势,成为公路隧道衬砌结构浅层完整度检测的主要手段。但由于隧道衬砌钢筋对电磁波的吸收作用,致使探地雷达难以探查衬砌背后缺陷病害,严重制约了隧道内部运行状态探查技术发展。因此,本文首先开展了数值仿真模拟,研究了钢筋对探地雷达波传递的作用机制;在此基础上,开展公路隧道衬砌探地雷达扫描物理模型试验,研究了衬砌钢筋对辨识衬砌背后缺陷雷达信号的影响机制;通过钢筋混凝土衬砌背后缺陷探地雷达信号统计分析,提出了公路隧道钢筋混凝土衬砌背后病害探地雷达信号增益方法,本文主要工作和成果如下:(1)开展了基于时域有限差分法的钢筋混凝土衬砌背后病害正演模拟,改进了钢筋层条件下点目标双曲线原理探测病害埋深方法,揭示了在钢筋层作用下雷达探测不同填充介质空洞病害成像规律及电磁波传递规律。(2)开展了探地雷达扫描钢筋混凝土衬砌背后缺陷模型试验,揭示了探地雷达在探测钢筋混凝土衬砌背后缺陷埋深、尺寸解译雷达信号误差的影响规律,提出了隧道衬砌背后缺陷雷达波形增益指标。(3)研究了钢筋层影响下探地雷达信号增益方法,提取了不同钢筋混凝土衬砌背后缺陷雷达振幅特征,提出了适用于隧道衬砌背后缺陷雷达信号解译的振幅增益公式。
虞洪[3](2021)在《阿尔金山隧道洞口段围岩冻融过程与保温材料性能研究》文中研究指明我国多年冻土和季节性冻土分布面积约占到国土面积的20%和55%,主要分布于我国东北地区、西部地区以及青藏高原地区。在“一带一路”倡议以及“西部大开发”战略的实施下,越来越多的基础交通设施建设在高寒高海拔地区。公路隧道作为高寒高海拔地区常见建筑物之一,隧道开挖后由于隧道内季节性变化气温与隧道衬砌结构发生热交换,导致其周边围岩与衬砌结构的温度场、水分场以及应力场发生改变。对于冻土(岩)体这类特殊介质岩土体材料而言,其物理力学性质与水分含量、温度等因素紧密相关,因此,一旦周边围岩的温度场和水分场发生改变,其受力特征也会相应发生变化。对于季节冻土区隧道而言,在冬季,隧道内气温逐渐下降,衬砌结构和围岩体由于热交换作用,同样温度也会逐渐下降,一旦低于冻结温度,围岩体就会发生冻胀变形以及水分迁移,进而诱发衬砌结构的变形,一旦超过其抗拉强度,混凝土衬砌结构会开裂甚至破坏,同时伴随隧道渗漏水、挂冰等冻害,严重影响隧道的安全运营和行车安全。通过对寒区隧道的调研发现,隧道开挖后的冻害现象非常严重。因此,开展寒区隧道冻害机理与防治措施相关研究十分必要。本文以阿尔金山公路隧道为研究对象,为掌握隧道工程区气象条件以及隧道内部气温数据,在工程区布设气象站点一套并在隧道内布设气温传感器若干。根据阿尔金山公路隧道设计、地勘报告以及现场监测气象等资料,建立了考虑隧道衬砌结构损伤以及围岩体冻融滞后现象的耦合模型,系统地研究了不同保温层厚度、不同保温材料下的围岩体温度场的空间分布及时间变化规律,并对常见的寒区隧道保温材料进行了对比分析,最后利用等效室内实验冻融损伤模型,将室内实验条件与现场实际条件联系起来,得出了衬砌损伤条件下,运营期内隧道衬砌结构应力场的分布,主要结论如下:(1)通过对阿尔金山公路隧道洞口段架设气象站和气温传感器,从其监测结果可以发现,阿尔金山隧道洞口段空气温度随时间变化规律基本呈正弦函数分布,且随着进深的增加,其年平均气温逐渐升高,幅值逐渐降低,说明了洞外气温对隧道内部空气温度的影响随着隧道进深的增加而逐渐减小。至1500 m进深时,隧道内年平均气温和幅值都基本处于一恒定值,表明随进深继续增加,其年平均气温和幅值都不在发生显着的季节变化。说明阿尔金山隧道进深1500 m处时,隧道内部温度场不再受洞外季节性变化气温的影响。(2)在不同保温层铺设方式下,隧道洞口段围岩体冻融情况不同。无保温措施(WTTIL)下,围岩体冻融最为严重,J1截面(距离洞口5m)最大冻结深度为1.6 m。三种铺设方式即保温层铺设在隧道二衬内表面(SSL)、保温层铺设在隧道二衬与初衬之间(BPSL)以及结合两者的双层铺设(DTIL)下,隧道拱脚以上部分冻融情况基本相同,在5 cm保温材料保护下,围岩体基本不经历季节冻融过程。然而在隧道拱脚以下,SSL铺设方式冻融最为严重,DTIL铺设方式次之,BPSL铺设方式冻结深度最小,说明了四种铺设方式中,BPSL铺设方式为最佳铺设方式,但考虑到施工后保温层的磨损以及运营期的更换等因素,SSL铺设方式应为最优铺设方式。在SSL铺设方式下,随着隧道铺设的保温层厚度增加,围岩体最大冻结深度逐渐减小,其中当铺设的保温层厚度为0 cm时,围岩体最大冻结深度约为1.6m,并且当铺设的保温层厚度达到5 cm时,隧道拱脚以上的部分围岩体最大冻结深度接近0 m,然而拱脚以下的部分仍存在较厚的围岩体发生季节冻融现象。因此,对于SSL铺设方式下,隧道拱脚以下的部分需要进行主动防寒措施的铺设。(3)对隧道断面典型位置处的最大冻结深度进行分析,结果表明当保温层厚度为0 cm时,拱顶(A1)点处的冻结深度最大可达1.64 m;拱腰(B1)由于离拱脚处较近,其冻结深度受到隧道断面形状影响略小于A1点处冻结深度;并且由于采用SSL方式,拱脚以下未铺设保温层材料,因此在仰拱(C1)点处冻结深度不受保温层厚度的影响。值得注意的是,随着保温层厚度的增加,A1点处的冻结深度变化要远大于B1点处,主要是因为B1点处于拱脚附近,并且拱脚以下未铺设保温层,因此B1点处冻结深度受保温层厚度的影响要小于A1点处。(4)通过对季节性冻土区隧道工程常见的七种保温材料进行分析,其结果表明,硬质聚氨酯材料在保温效果上要远优于其他六种保温材料(膨胀性聚苯乙烯泡沫塑料、福利凯保温板、酚醛泡沫塑料、硬质聚氯乙烯泡沫塑料、岩棉和干法硅酸铝纤维材料),并且通过对七种保温材料SSL铺设方式下衬砌结构最低温度与保温层厚度的变化规律进行拟合,七种材料能保证隧道衬砌结构免受冻害的最小厚度依次为3.5,8.1,4.7,5.3,7.7,9.1和6.9 cm。结合工程管理上的绩效指数工具PI,对以上七种材料进行了分析对比,在考察保温材料的导热系数、抗压强度、市场价格以及最小铺设厚度四种因素时,如果不考虑市场价格,硬质聚氨酯材料为寒区隧道保温材料最优选择,然而在综合考虑即亦考虑市场价格时,干法硅酸铝纤维材料则为更优的选择。(5)数值结果表明,在运营第一年,WTTIL和SSL保温铺设方式下隧道衬砌结构的应力分布基本一致,当铺设方案为SSL时,在初期衬砌结构上最大拉应力出现在拱脚和边墙附近,并且其最大值为0.16 MPa,然而铺设方案为WTTIL时,在初期衬砌结构上最大拉应力出现在拱脚附近,并且其最大值为0.22 MPa,其数值上要大于当铺设方案为SSL时的拱脚处拉应力。在运营期第五年,其应力分布结果在两种铺设方式下存在显着差异。两种铺设方案下,初期衬砌结构的受力最大位置也不相同,主要是因为SSL铺设方案为仅在坡脚上部铺设5 cm厚保温材料,因此,造成了隧道拱脚上下部分的温度场分布不均,进而影响了其衬砌结构的应力场分布。
陆丽丽[4](2021)在《寒区引水隧洞衬砌病害分析及安全状态评价》文中研究说明我国幅员辽阔,水资源丰富,但是水资源分布极不均衡,南北差异较大,因此我国修建了一系列引调水工程,比如:南水北调工程、引大济湟工程、引黄济青工程等。引水隧洞是引调水工程的重要组成部分,在整个引调水工程发挥着重要作用。但是修建于我国寒区的引水隧洞在长期运营中由于受到寒冷气候和不良地质的影响,隧洞衬砌结构产生了一系列病害问题,危及衬砌结构安全。因此本文通过文献分析、实地勘察、专家咨询等方法,系统分析了隧洞衬砌病害的类型及造成原因,并在此基础上建立寒区引水隧洞衬砌结构安全的评价指标体系,划分衬砌结构安全状态评价等级,构建衬砌结构安全状态评价模型。以位于祁连山的引大入秦工程总干渠1#那威隧洞为例进行评价研究,通过整理除险加固的数据,确定评价因素的重要程度,分析计算理论模型,以计算结果为依据完成寒区引水隧洞衬砌结构安全状态研究,以研究结果为参考判断是否对寒区引水隧洞衬砌结构进行维修加固,以保障引水隧洞安全运行。本文重点分析寒区引水隧洞衬砌病害原因及研究衬砌结构安全状态,主要包括引水隧洞衬砌病害的类型及造成原因、建立寒区引水隧洞衬砌结构安全状态研究的评价指标体系、划分寒区引水隧洞衬砌结构安全状态等级、构建寒区引水隧洞衬砌结构安全评价模型。完成了寒区引水隧洞衬砌结构安全状态研究初步探索,以期为寒区引水隧洞衬砌结构安全管理工作提供少许借鉴。本文主要内容和研究成果如下:(1)通过文献分析法总结出引水隧洞衬砌病害的常见类型及原因分析。修建在寒区的引水隧洞受到寒冷气候和不良地质的共同影响,在长时间的运营过程中会出现如衬砌裂缝、衬砌冲刷磨损、衬砌冻胀破坏等病害问题,本文系统分析了造成衬砌结构病害的原因机理。(2)建立寒区引水隧洞衬砌结构安全状态研究的评价指标体系。在分析寒区引水隧洞衬砌病害机理的基础上,确定引水隧洞衬砌安全状态研究的评价指标,通过层次分析法得到7个一级指标和16个二级指标,查阅相关规范和现有的研究文献列出二级指标定性或者定量的判别标准。(3)建立寒区引水隧洞衬砌结构安全状态研究的评价等级。参考现有的其他交通隧道、水工建筑物的安全状态等级划分,通过比较分析,本文选择四级划分法构建寒区引水隧洞衬砌结构安全状态研究的评价等级,即A级安全(衬砌轻微破坏)、B级基本安全(衬砌一般破坏)、C级不安全(衬砌较严重破坏)、D级极不安全(衬砌严重破坏)四个等级的评价集。(4)建立寒区引水隧洞衬砌结构安全状态研究的评价模型。根据获取信息的模糊性和未确知性等特点,通过分析几种常见的评价模型,采用计算相对准确、操作相对简单的未确知测度理论模型,以指标的实际测量值为基础,通过指标的等级量化值建立单指标未确知测度,并引入改进G2-反熵权-最小信息熵理论相结合的权重计算方法计算多指标综合测度评价向量。最后,结合置信度识别准则判断某一洞段的衬砌结构安全等级。(5)寒区引水隧洞衬砌结构安全的案例评价研究。以引大入秦总干渠中1#那威隧洞为例,整理统计检测得到的数据,将实际数据代入未确知测度理论模型进行评估,通过计算得出:4+362~4+402段结构安全等级为安全,4+757.5~4+797段与4+757.5~4+797段结构安全等级为基本安全,4+247.01~4+281.6段与6+240~6+346.26段结构安全等级为不安全。
吴奎[5](2021)在《挤压变形隧道中让压支护的力学机理研究》文中研究说明当前,国内外在高地应力软弱岩层中修建隧道的案例愈来愈多。对深埋软岩隧道而言,其主要特点有两个:一是高地应力条件下围岩极易产生时效变形;二是在围岩大变形作用下支护结构容易失效。目前的隧道支护设计多是以弹塑性理论为基础进行的短期分析设计,已远远不能满足相关隧道的支护设计要求。深埋高地应力软岩隧道中,由围岩流变引起的变形往往为隧道的主要变形,运用流变力学理论对隧道进行长期支护设计具有重要意义。在面对围岩强流变变形时,采用基于“围岩能量吸收、变形释放”的让压支护替代传统的刚性支护已逐渐成为解决深埋高地应力软岩隧道挤压大变形问题的共识。本文以挤压变形隧道开挖与支护的长期设计为研究背景,针对隧道流变围岩与支护相互作用理论研究的不足以及关于让压支护力学机理与设计方法研究仍较少的问题,采用理论分析、数值计算和工程应用等手段进行了一系列研究,主要完成了以下研究内容:(1)针对传统流变模型不能够描述岩石非线性加速蠕变的缺陷,基于分数阶理论和损伤力学理论,建立了一种新的非线性Burgers流变模型。以岩石所累积的蠕变应变是否达到开启加速蠕变的阈值为判断标准,改进的流变模型的使用可分为两个阶段。该模型不仅能完整、准确地描述岩石的蠕变全过程,且由于引入的参数较少,也兼顾了工程的实用性。在此模型的基础上,推导了隧道时变位移预测的表达式,并应用于锦屏二级水电站辅助隧洞中。(2)针对锚杆-衬砌耦合作用下围岩流变变形的控制问题,利用虎克弹簧单元模拟锚杆变形行为,并通过与岩石流变模型的并联,建立了可宏观描述加锚岩体流变特性的元件模型。进一步,分别推导了仅衬砌支护和锚杆-衬砌耦合支护下隧道位移和衬砌压力的时效解答。基于锚杆-衬砌耦合支护下的理论解答,进行了锚杆参数对隧道变形影响的分析研究。对比无锚杆支护隧道,锚杆的使用对隧道变形具有良好的约束作用,但锚杆的参数也存在相应的阈值,若超过该值,尽管增加锚杆参数,隧道变形及衬砌压力的减小将不再明显。(3)针对施工中断对隧道变形产生的影响,建立了考虑多次施工中断的应力释放系数表达式,并推导了考虑掌子面停止推进时隧道施工全过程的时空变形解析解。进一步,将理论解答应用于荣家湾隧道中,计算结果能够较好地符合荣家湾隧道实际监测数据的变化规律。最后,分析了不同施工中断开始和持续的时间、中断前后的开挖速率以及支护的安装时间对隧道稳定性的影响。(4)针对让压层作用下隧道响应的问题,建立了“流变围岩-初期支护-让压层-二衬”力学模型,并推导了各支护阶段围岩和支护相互作用的黏弹性解析解。随着让压层厚度的增加,围岩位移增大,衬砌压力减小,但其厚度达到一定值后,衬砌受力状态的改善效果增加不再显着。此外,让压层填充材料应具有足够的变形能力才能达到预期的支护效果。(5)让压元件的变形可被分为两部分:弹性变形和塑性变形。由喷射混凝衬砌和让压元件组成的环向让压衬砌的变形则可被分为三阶段:弹性阶段1(喷射混凝土衬砌和让压元件的共同弹性变形)、让压阶段2(让压元件的塑性变形)和弹性阶段3(喷射混凝土衬砌的弹性变形),分别提出了各变形阶段衬砌刚度的计算表达式。在环向让压衬砌刚度计算公式的基础上,考虑了喷射混凝土硬化特性对环向让压衬砌早期安全性能的影响。并针对围岩与环向让压衬砌相互作用机理,得到了围岩与环向让压衬砌间相互作用的全过程演化关系。
孙明社[6](2020)在《山岭隧道复合式衬砌结构设计优化研究》文中进行了进一步梳理自大瑶山隧道引入新奥法以来,复合式衬砌在我国山岭隧道工程中得到广泛的应用。但是,从众多已建成的隧道工程来看,复合式衬砌的设计理念存在较大的差别,其结构设计仍普遍采用基于经验的工程类比方法,关于复合式衬砌结构的设计还存在着若干基础性问题有待深入研究。本文以山岭隧道复合式衬砌为研究对象,利用现场试验、理论分析和数值模拟等方法,对初期支护、衬砌以及防水层分别进行了研究。依据复合式衬砌结构的实际受力状态,探讨了复合式衬砌结构设计优化的可行性。基于位移反分析技术,提出了确定衬砌合理施作时机及其分担围岩压力比例的计算方法。在现行规范衬砌截面安全检算公式的基础上,探讨了利用衬砌截面极限承载力曲线评价其安全性的方法。通过理论分析和数值模拟,研究了防水层对复合式衬砌结构受力特性的影响。主要研究内容和成果如下:(1)依托新建蒙西至华中地区铁路运煤通道工程,通过现场试验研究了Ⅳ、Ⅴ级围岩中初期支护和衬砌的实际受力状态,探讨了复合式衬砌结构设计优化的可行性。结果表明:隧道地质条件不同,初期支护背后的压力差别较大,现场实测的围岩压力与按现行规范计算的压力值并不一致,尤其是水平向压力;衬砌背后的压力相差不大,压力值较小,沿隧道环向分布均匀。喷混凝土承担了初期支护轴力的70%~90%;格栅钢架需要和喷混凝土结合,随着喷混凝土强度的增加而承载,在隧道拱部位置作用显着;相比于增大格栅密度,增加喷混凝土厚度对约束围岩变形的效果较好。衬砌主筋和混凝土的应力度都没有超过30%,衬砌处于安全状态且安全储备较高。一般情况下采用初期支护加强,衬砌厚度减薄以及素混凝土衬砌的复合式衬砌结构设计方案具有一定的可行性。(2)基于初期支护的变形监测数据,采用位移反分析技术,评价初期支护的安全性。提出了由初期支护的剩余变形反分析对应的围岩应力场,并将该应力场作用在初期支护和衬砌上进行正分析计算衬砌应力,用以确定衬砌的合理施作时机及其分担围岩压力比例的方法。以现场试验隧道工程为例,通过对比衬砌内力、围岩压力的现场监测和反分析计算结果,验证了位移反分析技术在确定衬砌施作时机及计算衬砌分担围岩压力比例中的有效性。(3)依据现行隧道规范中衬砌截面的安全检算公式,提出衬砌截面安全包络线的概念,可以简便直观地判断衬砌截面是否安全。探讨了利用衬砌截面极限承载力曲线计算安全系数,进而评价衬砌安全性的方法。考虑材料非线性的衬砌截面极限承载力曲线,可以统一地评价素混凝土和钢筋混凝土衬砌截面的安全性。基于极限状态设计公式的高速铁路隧道标准衬砌的截面极限承载力曲线,可以为衬砌设计提供一定的参考。(4)防水层的组合作用越强,复合式衬砌的曲率和挠度也就越小,然而曲率和挠度的减小是以增大衬砌截面受拉区为代价的;组合作用越强,对衬砌的约束作用就越大,施工期温度荷载作用下衬砌的温度拉应力也越大;强组合作用导致衬砌截面出现纯拉应力的几率增大,截面存在产生贯通裂缝的可能。防水层在优化防水效果的同时,应尽量降低初期支护和衬砌界面处的组合作用。喷膜防水层提高了复合式衬砌的整体承载能力,但其产生的组合作用可能导致衬砌截面产生纯拉应力,不利于结构安全;挂板防水层能够减小对衬砌的约束作用,降低衬砌截面产生贯通裂缝的可能。
徐子瑶[7](2020)在《大断面公路隧道围岩稳定性和衬砌强度研究》文中研究指明公路隧道开挖过程受围岩条件和地质环境影响较大,且由于经济发展,城市间的交流日益密切,公路隧道尤其是大断面公路隧道的建设被提上日程,这就需要针对隧道围岩稳定性和陈其强度进行研究,避免因为围岩问题导致隧道出现开裂,渗漏水等工程事故,研究隧道围岩稳定性问题和衬砌强度问题具有重要的工程意义。隧道的围岩稳定主要是从两个方面进行研究,首先是需要研究隧道围岩的力学性质,其次还需要探究隧道开挖方式对围岩稳定的影响。选择合理的开挖方式及衬砌支护方法是保证隧道安全性和耐用性的前提。对隧道的衬砌强度分析有利于合理安排施工方式,提高施工效率,合理调整工程进程,保证工程的安全性和耐用性,提高环保效果,节约能源。本文研究以大断面四车道围岩稳定性分析和衬砌强度为研究对象。采用有限元和离散元耦合的数值模拟软件GDEM对层状节理岩体的力学性质进行探究;进行了室内试验,制作聚丙烯纤维增强混凝土试块和碳纤维增强混凝土试块进行单轴压缩实验和声发射试验,探究纤维增强混凝土对裂纹扩展的阻尼作用。本文主要开展和完成的工作如下:(1)研究了无限大平面内中心圆孔受力变化,利用极坐标系推导出无限大平面内圆孔周边的位移量,计算圆孔变形的方式和变形后的形状。选用Ansys15.0数值模拟软件进行数值模拟,并将理论解析接与数值模拟圆孔周边节点的位移量进行对比,证明无限大平面中心圆孔受一对相等的侧向力系后会变化为椭圆形,研究了适用于层状岩体的强度准则如莫尔-库伦准则和霍克-布朗准则。(2)使用商业软件GDEM对层状节理围岩的力学性质进行模拟,模拟采用三层不同性质的岩石分别是:泥岩、砂岩、石灰岩,层状节理模型与水平面的角度分别为0°、30°、45°、60°、75°、90°。通过不同的加载方式:单轴、双轴和剪切进行数值模拟。经过验算发现层状节理岩体的力学性质和破坏形式与节理倾角有直接关联。(3)研究了大断面隧道不同开挖方式的特点和优劣,使用商业软件Ansys15.0模拟双车道隧道与四车道大断面隧道的开挖过程,采用单元生死模拟隧道分部开挖,通过监测点记录沉降量的数据,对比分析每一步隧道开挖的围岩应力变化和沉降量变化,探究开挖面积和开挖方式对围岩应力和沉降量的影响。(4)纤维增强混凝土的室内试验,试验采用聚丙烯纤维增强混凝土和碳纤维增强混凝土与普通混凝土进行对比,在单轴压缩条件下,观察三种混凝土试块表面的裂纹等现象,研究试验过程中的应力-位移曲线,并通过声发射仪器,记录试验过程中的幅值,撞击次数等数据。试验数据表明聚丙烯纤维增强混凝土和碳纤维增强混凝土在阻止裂纹的萌生与发展上要明显强于普通混凝土。利用商业有限元软件Ansys15.0按照工程实例建立隧道衬砌模型,模拟隧道开挖过程中纤维增强型衬砌对隧道周边应力和位移的影响。实验结果表明,隧道开挖过程中衬砌两侧部分是应力最大的位置,拱顶衬砌是位移最大的位置,采用纤维增强混凝土衬砌的方式可以有效降低隧道衬砌由于应力集中或是混凝土收缩而产生裂缝导致渗水等安全问题的风险。
谭忠[8](2020)在《山岭公路隧道装配式衬砌设计参数标准化研究》文中认为我国山川广阔,隧道数量巨多,近些年来,随着高速公路建设快速发展,山岭公路隧道向着“深、长、大”的方向发展,隧道建设往往有着工程施工工期短、施工质量要求高、施工技术要求高等特点,但目前我国山岭隧道的修建主要选择钻爆法,在二次衬砌浇筑、养护等方面存在施工效率低、工期长、质量差等问题,而隧道装配式衬砌具有工作实效性强、衬砌结构质量高、拼装机械化程度高等优点,能很好地解决目前钻爆法施工中存在的问题,而装配式衬砌设计参数标准化是构件预制化的前提条件,从而实现预制构件生产的规模化和施工的机械化,因此装配式衬砌设计参数标准化研究对于促进隧道建设装配化、机械化、信息化、现代化的快速发展有着重要意义。本文针对山岭公路隧道装配式衬砌的结构设计参数标准化,通过实地监测,对不同围岩等级、不同装配时机、不同埋深进行组合模拟分析,再结合前人研究结果综合比较分析二次衬砌的荷载分担比,给出了不同条件下二次衬砌荷载分担比建议值。然后,根据二次衬砌荷载分担比建议值计算装配式衬砌所分担的围岩荷载,从而对装配式衬砌的厚度进行优化设计,并从装配式衬砌耐久性、幅宽、厚度及配筋等方面综合考虑,得出不同围岩等级下的装配式衬砌设计参数,给出较为适宜的装配式衬砌设计参数标准化方案。同时,本文还对装配式衬砌拼装装备及现场拼装技术进行了研究。本论文的主要成果有:1)从分块方案、接头构造、接缝防水、衬砌厚度等方面研究,提出了初步的适宜山岭公路隧道装配式衬砌的结构方案。2)通过文献查阅、实地监测和数值模拟,提出了山岭隧道装配式衬砌结构在不同条件下的荷载分担比例建议值。3)以建议的衬砌荷载分担比计算得到各级围岩下二次衬砌承受的围岩荷载,多工况进行装配式衬砌应力应变规律及安全性分析,提出优化后的装配式衬砌设计标准化方案。4)根据装配式衬砌的标准化方案,对衬砌的拼装施工配套技术进行研究,提出两套适合山岭公路隧道装配式衬砌的拼装设备及施工技术。本文研究的二次衬砌荷载分担比建议值、装配式衬砌设计标准化方案和装配式衬砌拼装装备及现场拼装技术,对于在山岭公路隧道采用装配式衬砌作了有益的探索,并可对以后山岭公路隧道采用装配式衬砌提供指导。
张森[9](2020)在《公路隧道衬砌缺陷影响机理与承载力研究》文中研究说明随着经济社会的发展,我国公路隧道的数量、规模和发展速度等在国际上首屈一指,与此同时,运营隧道中的病害问题也逐渐显现出来。在我国西南地区,由于施工环境差、施工难度大,相比其他地区,隧道建设质量更难以控制,更容易产生各种质量缺陷,服役状况更加堪忧,致使隧道运营与养护面临严峻挑战。现阶段,公路运营隧道衬砌缺陷对隧道力学性能的影响机理和承载力的研究尚处于起步阶段,仍未形成理论体系和计算方法,本文通过室外大型试验、室内模型试验、理论分析、数值模拟相结合,针对公路运营隧道衬砌缺陷及其对隧道力学性能的影响机理进行深入系统研究,且对不同缺陷条件下隧道衬砌的承载力计算进行深入探讨,本文的研究成果对公路隧道,特别是云南以及我国西南地区的公路隧道的建设、养护、运营和管理等均具有重要的理论意义和工程应用价值。本文的主要创新研究和结论如下:(1)通过对隧道衬砌缺陷检测结果进行统计分析,揭示了隧道衬砌主要缺陷类型及其分布规律,并分析了衬砌缺陷产生的原因。进而建立了1:1比例尺含典型缺陷隧道衬砌模型,利用二维和三维地质雷达对其进行室外大型检测试验,得到了典型缺陷衬砌的地质雷达标准图谱。(2)考虑到衬砌自重对衬砌极限承载力的影响较小,以及光滑地面上试验模型所受到的摩擦力可忽略不计,同时考虑到卧式加载比立式加载更安全更稳定,尤其是,为了使试验更好地反映衬砌的实际工作状态,真实地模拟围岩对衬砌的约束和加载,研发了一种受力明确、结构简单、操作方便、安全可靠,并可重复使用、效率高的卧式隧道衬砌模型试验装置,该装置主要包括反力框架、电动液压系统、地层约束系统、拱脚固定装置。(3)开展了含衬砌空洞、衬砌减薄及其组合缺陷的NC衬砌室内模型试验研究,深入系统地研究了含缺陷NC衬砌的力学性能及其变形演化规律以及承载力。不仅实现了数值模拟与NC衬砌模型试验的相互印证,而且通过进一步分析研究揭示了缺陷、荷载和地层参数对NC衬砌力学性能的影响规律。(4)开展了拱顶和拱肩处含空洞缺陷的RC衬砌室内模型试验研究,深入系统地研究了含缺陷RC衬砌的力学性能及其变形演化规律以及承载力,揭示了RC衬砌相较于NC衬砌更高的整体性和更好的延展性。不仅实现了数值模拟与RC衬砌模型试验的相互印证,而且通过进一步分析研究揭示了空洞范围、空洞位置、地层刚度等参数对RC衬砌力学性能的影响规律。(5)结合工程实际需求,设计并实现了基于机器学习算法的隧道衬砌承载力计算工具箱,该工具箱包含5类机器学习回归算法,每类含有2个模型,同时建立了NC和RC衬砌承载力仿真数据集,解决了物理试验成本高、有限元分析花费时间长的问题,可通过数据驱动方式,高效、准确地计算隧道衬砌承载力。
计霞飞[10](2020)在《考虑服役性状的山岭公路隧道地震易损性研究》文中研究说明运营隧道缺陷或衬砌劣化直接影响隧道动力性能,会加剧隧道的地震损伤。面对我国山岭隧道缺陷劣化较为突出的工程现实及强震频发的区域性特征,对于带缺陷损伤服役的隧道,将会成为未来隧道震害的高危区,严重危及人民生命财产安全。因此,开展考虑服役性状的运营隧道地震损伤研究,对实现全寿命周期抗震性能评价具有重要意义,已引起学者们的广泛关注。但近年来的相关研究均是采用确定性分析方法并针对特定条件展开,缺少考虑地震动随机性和结构不确定性,从概率角度的定量分析。本文基于增量动力时程分析方法和地震易损性分析理论,开展隧道质量缺陷和衬砌劣化影响下的山岭隧道地震易损性研究。主要研究内容和结论如下:(1)详细阐述了基于IDA的山岭隧道地震易损性分析步骤和地震易损性评估流程。结合易损性理论,提出了基于地震响应全过程搜索最大损伤指数(DI)max的损伤指数DI取值方法,改进了现有损伤指数取值方法的不足。鉴于动力时程结果后处理数据量大的问题,采用Python语言编程,实现了地震响应结果数据的自动提取功能。(2)依托西部山区某典型两车道高速公路隧道,考虑衬砌背后空洞特征、围岩条件和地震波入射方向等影响因素,以及地震动类型、地震强度等不确定因素,建立了一系列隧道地震响应计算模型。开展了考虑隧道-空洞相互作用的大量地震响应时程分析。在此基础上,完成了考虑衬砌空洞缺陷的隧道地震易损性分析。结果表明:空洞尺寸、空洞类型和围岩级别对地震易损性有重要影响。空洞的存在增加了隧道的易损性,而且易损性随空洞尺寸呈非线性增加。空洞位置不同,空洞尺寸对易损性的影响程度也不同。与二次衬砌和初期支护之间的空洞相比,初期支护和围岩之间的空洞对隧道易损性影响更大,不可忽视。围岩越差,隧道易损性越大,空洞对易损性的影响越明显。相同地震动强度下,素混凝土衬砌的易损性较钢筋混凝土衬砌的会成倍增加。相同地震动强度下,横向地震动下的易损性明显大于垂直地震动。但空洞位置不同,隧道易损性对地震动方向的敏感度不同。(3)基于混凝土强度经时模型和钢筋锈蚀参数的统计特征,确定了混凝土及钢筋材料性能的退化规律,建立了衬砌时变承载力方程。结合地震易损性分析方法,提出了考虑衬砌劣化的山岭隧道地震易损性评估流程。建立了考虑混凝土劣化、钢筋腐蚀以及两者共同作用条件下,不同服役年限隧道的地震易损性曲线。结果表明:衬砌的易损性随服役时间的增加呈两阶段非线性增大,服役前期(0~50年)增加缓慢,服役后期(50~100年)增速加快。说明服役时间越长,衬砌劣化对隧道地震易损性的影响越大。在评价既有隧道抗震性能时,需考虑长期材料性能劣化的影响。此外,不同围岩级别下隧道易损性曲线随服役时间的变化规律相似,围岩级别和衬砌劣化均对隧道地震易损性有重要影响,具体表现为衬砌的损伤概率随围岩变差而增大。
二、简述公路隧道混凝土衬砌施工(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、简述公路隧道混凝土衬砌施工(论文提纲范文)
(1)青岛地铁隧道衬砌裂缝演化机制及安全性评价研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究目的与意义 |
1.2 国内外研究综述及现状 |
1.2.1 隧道衬砌裂缝研究现状 |
1.2.2 隧道衬砌裂缝分级现状 |
1.3 主要研究内容和技术路线 |
1.3.1 主要研究内容 |
1.3.2 技术路线 |
第二章 青岛地铁衬砌裂缝分布规律统计及评定标准 |
2.1 项目概况 |
2.1.1 工程概况 |
2.1.2 衬砌裂缝检测方法 |
2.2 衬砌裂缝病害现场检测统计 |
2.3 隧道衬砌裂缝评定标准 |
2.4 本章小结 |
第三章 离散元建模原理与方法 |
3.1 离散元基本思想与原理 |
3.1.1 离散元运算准则 |
3.1.2 离散元接触本构模型 |
3.1.3 离散元裂缝机制 |
3.2 计算循环的实现 |
3.3 围岩及衬砌模型细观参数标定 |
3.3.1 实验系统及模型建立 |
3.3.2 模型细观参数标定 |
3.4 本章小结 |
第四章 衬砌结构裂缝演化规律离散元模拟 |
4.1 基于离散元的隧道模型建立 |
4.1.1 作用于衬砌上的荷载计算 |
4.1.2 隧道模型建立过程 |
4.2 隧道衬砌裂缝的扩展模拟 |
4.2.1 预设不同位置的裂缝扩展模拟 |
4.2.2 预设不同深度的裂缝扩展模拟 |
4.2.3 预设不同数量的裂缝扩展模拟 |
4.3 隧道衬砌裂缝的对衬砌的安全性影响分析 |
4.4 本章小结 |
第五章 隧道衬砌裂缝安全状态等级评定 |
5.1 基于层次分析的模糊综合评价方法简介 |
5.2 隧道裂损衬砌安全状态评价模型 |
5.2.1 建立衬砌裂缝评价指标体系 |
5.2.2 建立衬砌裂缝安全状态等级 |
5.2.3 确定评价指标权重集 |
5.2.4 确定基础指标隶属度 |
5.2.5 衬砌裂缝安全等级综合评价 |
5.3 隧道衬砌裂缝安全状态分级应用 |
5.4 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作 |
致谢 |
(2)公路隧道钢筋混凝土衬砌背后缺陷雷达探测信号干扰规律及增益方法(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 探地雷达技术国内外研究现状 |
1.2.1 探地雷达正演模拟研究现状 |
1.2.2 探地雷达物理模型试验研究现状 |
1.2.3 探地雷达信号解译方法国内外研究现状 |
1.3 本文主要研究内容及技术路线 |
1.3.1 主要研究内容 |
1.3.2 技术路线 |
第二章 钢筋混凝土衬砌背后病害FDTD正演模拟 |
2.1 基础模型 |
2.1.1 圆形空气空洞模型 |
2.1.2 钢筋层模型 |
2.2 钢筋层对圆形空洞探测的影响 |
2.2.1 钢筋层对不同尺寸圆形空气空洞探测的影响 |
2.2.2 钢筋层对不同埋深圆形空气空洞探测的影响 |
2.2.3 钢筋层对不同填充介质圆形空洞探测的影响 |
2.3 本章小结 |
第三章 探地雷达探测钢筋混凝土衬砌背后病害模型试验 |
3.1 模型试验探地雷达设备 |
3.1.1 LTD探地雷达 |
3.1.2 数据采集及处理软件 |
3.1.3 常见介质传播参数 |
3.2 试验方案 |
3.2.1 试验整体设计 |
3.2.2 空洞病害设计 |
3.2.3 试验工况 |
3.3 模型试验过程 |
3.3.1 搭建模型试验架 |
3.3.2 模型试验步骤 |
3.4 模型试验结果分析 |
3.4.1 钢筋层对空气空洞探测的影响 |
3.4.2 钢筋层对含水空洞探测的影响 |
3.4.3 钢筋层对破碎带探测的影响 |
3.5 本章小结 |
第四章 钢筋层影响下探地雷达振幅增益方法 |
4.1 钢筋层影响下空气空洞振幅增益方法 |
4.1.1 空气空洞振幅特征提取 |
4.1.2 空气空洞振幅增益方法研究 |
4.2 钢筋层影响下含水空洞振幅规律研究 |
4.3 钢筋层影响下破碎带振幅规律研究 |
4.4 振幅差值增益公式 |
4.5 本章小结 |
第五章 结论与展望 |
5.1 结论 |
5.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读学位期间主要科研工作 |
主要科研成果 |
参与课题 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(3)阿尔金山隧道洞口段围岩冻融过程与保温材料性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 课题研究的背景和意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 本文的研究内容和技术路线 |
1.3.1 研究内容 |
1.3.2 研究路线 |
第二章 阿尔金山公路隧道现场监测数据结果及分析 |
2.1 工程概况 |
2.1.1 隧道气象环境概况 |
2.1.2 隧道防保温设计 |
2.2 阿尔金山公路隧道现场监测布设 |
2.2.1 隧道洞口外气象资料监测 |
2.2.2 隧道洞口段气温资料监测 |
2.3 阿尔金山公路隧道现场监测结果及分析 |
2.4 本章小结 |
第三章 洞口段围岩冻融过程与保温措施效果分析 |
3.1 阿尔金山公路隧道洞口段围岩季节冻融过程模拟 |
3.1.1 物理模型 |
3.1.2 数学模型 |
3.1.3 边界条件 |
3.1.4 初始温度场 |
3.2 模拟结果与分析 |
3.2.1 不同保温层铺设方式下保温效果对比 |
3.2.2 不同保温层厚度下围岩冻融过程 |
3.2.3 不同保温材料对比分析 |
3.3 本章小结 |
第四章 季节性冻土区隧道水热力耦合模型 |
4.1 水分场控制方程推导 |
4.2 温度场控制方程推导 |
4.3 应力场控制方程推导 |
4.4 参数取值 |
4.4.1 未冻水含量 |
4.4.2 导热系数 |
4.4.3 衬砌混凝土损伤 |
4.5 本章小结 |
第五章 阿尔金山隧道运营期洞口段衬砌结构受力分析 |
5.1 等效室内冻融循环次数计算 |
5.2 洞口段围岩季节冻融过程模拟 |
5.2.1 物理模型 |
5.2.2 边界条件 |
5.2.3 初始场 |
5.3 模拟结果与分析 |
5.3.1 第一年进口段衬砌结构应力分布 |
5.3.2 第五年进口段衬砌结构应力分布 |
5.4 本章小结 |
结论与展望 |
主要结论 |
研究展望 |
参考文献 |
致谢 |
附录 A期间所发表的学术论文目录 |
(4)寒区引水隧洞衬砌病害分析及安全状态评价(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.1.1 研究背景 |
1.1.2 研究意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 隧道及隧洞病害成因的现状 |
1.2.2 国内外安全评价理论及方法的发展现状 |
1.2.3 国内外研究不足 |
1.3 研究内容和思路 |
1.3.1 研究内容 |
1.3.2 研究思路 |
2 寒区隧洞工程衬砌病害分类及原因分析 |
2.1 寒区隧洞工程特点 |
2.1.1 我国寒区的划分 |
2.1.2 寒区隧洞工程分区 |
2.1.3 寒区隧洞工程分类 |
2.1.4 寒区隧洞工程特点 |
2.2 隧洞衬砌的类型 |
2.2.1 平整衬砌 |
2.2.2 受力衬砌 |
2.3 引水隧洞衬砌病害分类 |
2.3.1 衬砌裂缝类病害 |
2.3.2 隧洞衬砌厚度不足及背后空洞类病害 |
2.3.3 隧洞衬砌剥落类病害 |
2.3.4 衬砌变形病害 |
2.3.5 材料劣化类病害 |
2.3.6 隧洞渗漏及溶蚀病害 |
2.3.7 衬砌冻融破坏 |
2.3.8 淤积病害 |
3 寒区引水隧洞衬砌结构安全状态评价指标体系的建立 |
3.1 寒区评价指标体系 |
3.1.1 寒区评价指标体系的建立原则 |
3.1.2 建立寒区评价指标体系 |
3.2 引水隧洞衬砌结构安全评价等级划分 |
3.2.1 不同类型建筑物状态等级划分法 |
3.2.2 寒区引水隧洞衬砌结构安全状态评价等级确定的依据 |
3.2.3 寒区引水隧洞衬砌结构安全状态等级划分 |
3.3 引水隧洞衬砌结构安全状态的判断标准 |
4 寒区引水隧洞指标权重及评价模型的确定 |
4.1 指标权重确定方法的分析选择 |
4.1.1 主观权重 |
4.1.2 客观赋权法 |
4.1.3 组合权重的确定方法 |
4.2 常用的评价模型 |
4.2.1 模糊综合评价法 |
4.2.2 BP神经网络法 |
4.2.3 TOPSIS法 |
4.2.4 未确知测度理论 |
4.3 基于改进G2-反熵权-最小信息熵的权重确定 |
4.3.1 改进G2 法确定主观权重 |
4.3.2 反熵权法确定客观权重 |
4.3.3 组合权重 |
4.4 未确知测度评价模型 |
4.4.1 未确知测度的定义 |
4.4.2 单指标的未确知测度 |
4.4.3 多指标综合测度评价矩阵 |
4.4.4 置信度识别准则 |
5 寒区引水隧洞安全状态评价模型的应用 |
5.1 引大入秦工程概况 |
5.1.1 工程设计概况 |
5.1.2 工程气候条件 |
5.1.3 工程水文地质条件 |
5.2 引大入秦工程引水隧洞现状 |
5.2.1 那威隧洞运行状况 |
5.2.2 那威隧洞各洞段衬砌病害检测结果 |
5.2.3 检测数据统计与整理 |
5.3 引水隧洞安全状态评价 |
5.3.1 基于改进G2-反熵权法确定指标权重 |
5.3.2 基于未确知测度理论的评价过程 |
5.4 引水隧洞病害结果分析与处理 |
5.4.1 评价结果分析 |
5.4.2 对策措施建议 |
6 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 A 寒区引水隧洞衬砌病害分析及安全状态评价影响因主观赋权的调查 |
攻读学位期间的研究成果 |
(5)挤压变形隧道中让压支护的力学机理研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABATRACT |
1 绪论 |
1.1 研究的背景和意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 隧道围岩挤压性变形机理研究现状 |
1.2.2 传统刚性支护研究现状 |
1.2.3 让压支护研究现状 |
1.2.4 隧道开挖力学理论研究现状 |
1.3 以往研究存在的问题与不足 |
1.4 主要研究内容与创新点 |
1.5 研究路线与方法 |
2 岩石非线性本构模型研究及其在隧道预测中的应用 |
2.1 引言 |
2.2 基于Burgers模型的一维岩石非线性蠕变模型的建立 |
2.2.1 分数阶非定常Abel黏壶 |
2.2.2 基于损伤变量的非线性黏壶 |
2.2.3 非线性损伤蠕变模型一维本构方程 |
2.3 非线性三维蠕变本构关系及参数识别 |
2.3.1 三维蠕变方程 |
2.3.2 参数识别 |
2.4 模型验证 |
2.5 在隧道位移预测中的应用 |
2.5.1 预测模型的建立 |
2.5.2 工程应用 |
2.6 本章小结 |
3 锚杆-衬砌耦合作用的流变分析 |
3.1 引言 |
3.2 围岩-锚杆耦合本构模型 |
3.3 锚杆-衬砌耦合作用下黏弹性理论分析 |
3.3.1 仅衬砌作用下隧道力学响应 |
3.3.2 锚杆-衬砌耦合作用下隧道力学响应 |
3.4 理论验证与参数分析 |
3.4.1 理论验证 |
3.4.2 参数分析 |
3.5 本章小结 |
4 考虑施工中断影响的隧道变形时空解 |
4.1 引言 |
4.2 围岩应力释放系数 |
4.2.1 基本理论 |
4.2.2 考虑多次施工中断的应力释放系数建立 |
4.3 理论求解 |
4.3.1 未安装衬砌前隧道位移解答 |
4.3.2 衬砌安装后不同开挖阶段隧道位移与衬砌压力解答 |
4.3.3 施工中断期间隧道位移与衬砌压力解答 |
4.4 工程应用 |
4.5 参数分析 |
4.5.1 施工中断开始时间的影响 |
4.5.2 施工中断持续时间的影响 |
4.5.3 开挖速率的影响 |
4.5.4 支护时间的影响 |
4.6 本章小结 |
5 让压层作用的力学机理 |
5.1 引言 |
5.2 理论求解 |
5.2.1 围岩流变力学模型 |
5.2.2 初期支护下隧道位移和衬砌应力解答 |
5.2.3 让压层和二衬支护下隧道位移和衬砌应力解答 |
5.3 解答验证与参数分析 |
5.3.1 数值验证 |
5.3.2 参数分析 |
5.4 本章小结 |
6 围岩-环向让压衬砌的相互作用研究 |
6.1 引言 |
6.2 让压元件的力学特性 |
6.3 环向让压衬砌的变形计算方法 |
6.4 考虑喷射混凝土硬化特性的衬砌安全性评价 |
6.4.1 位移反演法 |
6.4.2 考虑喷射混凝土硬化特性的支护刚度计算 |
6.4.3 工程应用 |
6.4.4 参数分析 |
6.5 环向让压衬砌作用下隧道变形解析解 |
6.5.1 可缩型拱架的使用 |
6.5.2 理论求解 |
6.5.3 工程应用 |
6.5.4 参数分析 |
6.6 本章小结 |
7 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
附录 |
附录一:攻读博士学位期间发表论文 |
附录二:攻读博士学位期间授权专利 |
附录三:攻读博士学位期间参与的主要科研项目 |
附录四:攻读博士学位期间获得的奖项 |
(6)山岭隧道复合式衬砌结构设计优化研究(论文提纲范文)
致谢 |
中文摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 隧道的围岩压力 |
1.2.2 衬砌的施作时机 |
1.2.3 衬砌的承载特性 |
1.2.4 衬砌的安全性评价 |
1.2.5 复合式衬砌防水层的作用 |
1.3 研究中存在的主要问题 |
1.4 论文主要研究内容 |
1.5 论文研究方法与技术路线 |
2 复合式衬砌结构现场试验研究 |
2.1 依托工程 |
2.2 复合式衬砌现场试验设计 |
2.2.1 试验工况 |
2.2.2 监测项目及测点布置 |
2.3 初期支护背后压力的监测结果及分析 |
2.3.1 岩质单线隧道初期支护背后的压力 |
2.3.2 岩质双线隧道初期支护背后的压力 |
2.3.3 黄土双线隧道初期支护背后的压力 |
2.4 衬砌背后压力的监测结果及分析 |
2.4.1 岩质双线隧道衬砌背后的压力 |
2.4.2 黄土双线隧道衬砌背后的压力 |
2.5 初期支护内力的监测结果及分析 |
2.5.1 岩质单线隧道初期支护的内力 |
2.5.2 岩质双线隧道初期支护的内力 |
2.5.3 黄土双线隧道初期支护的内力 |
2.6 衬砌内力的监测结果及分析 |
2.6.1 岩质单线隧道衬砌的内力 |
2.6.2 岩质双线隧道衬砌的内力 |
2.6.3 黄土双线隧道衬砌的内力 |
2.7 本章小结 |
3 基于位移反分析方法的复合式衬砌结构设计研究 |
3.1 引言 |
3.2 位移反分析方法及其有限元实现 |
3.2.1 位移反分析方法 |
3.2.2 位移反分析的基本方程 |
3.3 初期支护的安全性评价 |
3.3.1 初期支护的变形监测结果 |
3.3.2 位移反分析计算模型 |
3.3.3 位移反分析计算结果及分析 |
3.4 衬砌施作时机的研究 |
3.4.1 衬砌施作时机的确定方法 |
3.4.2 工程实例应用 |
3.4.3 现场监测与反分析结果的比较 |
3.5 衬砌分担围岩压力比例的研究 |
3.5.1 衬砌分担围岩压力比例的计算方法 |
3.5.2 初期支护和衬砌背后压力的计算 |
3.5.3 衬砌分担围岩压力比例的计算 |
3.6 本章小结 |
4 基于M-N曲线的衬砌截面安全性评价研究 |
4.1 规范中衬砌截面的安全性评价 |
4.1.1 衬砌截面的最小安全系数 |
4.1.2 素混凝土衬砌截面的安全检算 |
4.1.3 钢筋混凝土衬砌截面的安全检算 |
4.2 基于规范的衬砌截面M-N曲线 |
4.2.1 衬砌截面的安全包络线 |
4.2.2 衬砌截面的极限承载力曲线 |
4.2.3 衬砌截面安全检算公式的特点 |
4.3 考虑材料非线性的衬砌截面M-N曲线 |
4.3.1 基本假定 |
4.3.2 衬砌截面的极限承载力基本方程 |
4.3.3 衬砌截面的极限承载力曲线 |
4.4 基于极限状态设计法的衬砌截面M-N曲线 |
4.4.1 衬砌截面的安全检算 |
4.4.2 衬砌截面的极限承载力曲线 |
4.4.3 高速铁路隧道衬砌截面极限承载力曲线 |
4.5 衬砌截面M-N曲线的工程应用 |
4.5.1 衬砌内力的现场监测结果分析 |
4.5.2 衬砌截面的抗弯安全系数 |
4.5.3 衬砌截面的抗弯安全性评价 |
4.6 本章小结 |
5 复合式衬砌防水层作用研究 |
5.1 防水层的主要类型 |
5.1.1 挂板防水层 |
5.1.2 喷膜防水层 |
5.2 防水层的力学作用机理 |
5.2.1 防水层的组合作用 |
5.2.2 组合结构的荷载分担机理 |
5.3 施工期温度荷载作用下防水层的作用 |
5.3.1 施工期荷载作用 |
5.3.2 有限元数值计算模型 |
5.3.3 有限元数值计算条件 |
5.3.4 温度场计算结果及分析 |
5.3.5 应力场计算结果及分析 |
5.3.6 衬砌温度应力的影响因素分析 |
5.4 本章小结 |
6 结论与展望 |
6.1 论文主要工作和结论 |
6.2 论文主要创新点 |
6.3 研究展望 |
参考文献 |
附录A 复合式衬砌格栅钢架示意图 |
附录B 衬砌截面开裂区高度的计算 |
作者简历 |
学位论文数据集 |
(7)大断面公路隧道围岩稳定性和衬砌强度研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景和意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 依托工程概况 |
1.4 本文研究方法 |
第2章 隧道围岩应力状态分析和强度准则 |
2.1 引言 |
2.2 弹性力学无限大平面求解隧道周边应力 |
2.3 弹性力学与数值计算对比 |
2.4 围岩的应力状和断裂准则 |
2.4.1 围岩的应力状态 |
2.4.2 断裂准则 |
2.5 小结 |
第3章 层状节理裂隙岩体强度研究 |
3.1 引言 |
3.2 层状节理岩体数值计算模型 |
3.3 单轴压缩过程模拟与分析 |
3.3.1 单轴压缩模拟结果 |
3.3.2 应力应变曲线分析 |
3.4 峰值强度分析 |
3.5 双轴压缩过程模拟与分析 |
3.5.1 双轴压缩模拟结果 |
3.5.2 应力应变曲线分析 |
3.5.3 峰值强度分析 |
3.6 层状节理岩体剪切过程模拟与分析 |
3.6.1 剪切模拟结果 |
3.6.2 应力应变曲线 |
3.6.3 峰值强度分析 |
3.7 小结 |
第4章 大断面公路隧道开挖方式对比研究 |
4.1 引言 |
4.2 大断面隧道开挖方式 |
4.2.1 有限元模型原理 |
4.2.2 计算模型的建立 |
4.3 研究内容 |
4.3.1 计算过程 |
4.3.2 计算结果分析 |
4.4 小结 |
第5章 纤维增强混凝土在隧道衬砌支护中的应用 |
5.1 引言 |
5.2 纤维增强混凝土力学性能试验 |
5.2.1 试件制备和试验设备 |
5.2.2 实验过程和步骤 |
5.2.3 实验结果分析 |
5.2.4 峰值后普通混凝土与纤维增强混凝土对比 |
5.3 济南老虎山某标段大断面隧道案例分析 |
5.3.1 工程背景 |
5.3.2 有限元模型 |
5.3.3 结果分析 |
5.4 小结 |
第6章 研究结论与展望 |
6.1 研究结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读硕士学位期间研究成果 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(8)山岭公路隧道装配式衬砌设计参数标准化研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究的背景及意义 |
1.2 国内外研究现状及评价 |
1.2.1 装配式衬砌研究现状 |
1.2.2 二次衬砌荷载分担比研究现状 |
1.3 研究内容、方法和技术路线 |
第二章 装配式衬砌结构设计 |
2.1 装配式衬砌结构设计理论 |
2.2 装配式衬砌结构力学计算模型 |
2.2.1 装配式衬砌荷载分担比的力学计算模型 |
2.2.2 装配式衬砌管片的力学计算模型 |
2.2.3 装配式衬砌接头的力学计算模型 |
2.3 装配式衬砌结构方案 |
2.3.1 分块方案设计 |
2.3.2 接头构造设计 |
2.3.3 接缝防水设计 |
2.3.4 衬砌厚度设计 |
2.4 本章小结 |
第三章 装配式衬砌荷载分担比例研究 |
3.1 围岩、初支与二次衬砌的作用关系 |
3.1.1 围岩与初支作用关系 |
3.1.2 初支与二次衬砌作用关系 |
3.2 装配式二次衬砌荷载分担比例的影响因素 |
3.3 装配式二次衬砌荷载分担比例的研究方法 |
3.4 工程实例及文献查阅统计 |
3.5 实测围岩压力与二次衬砌荷载分担比例分析 |
3.5.1 工程简述 |
3.5.2 支护结构设计参数 |
3.5.3 接触压力实测方案 |
3.5.4 围岩压力实测值分析 |
3.5.5 围岩压力经验值计算 |
3.5.6 围岩压力实测值与经验计算值比较 |
3.5.7 实测二次衬砌荷载分担比例分析 |
3.6 二次衬砌荷载分担比例数值模拟 |
3.6.1 有限元分析软件 |
3.6.2 计算模型与参数 |
3.6.3 计算结果分析 |
3.7 二次衬砌荷载分担比的建议值 |
3.8 本章小结 |
第四章 装配式衬砌结构厚度优化及设计参数标准化 |
4.1 二次衬砌荷载计算 |
4.2 安全性评价方法 |
4.3 装配式衬砌结构厚度优化 |
4.3.1 计算模型与参数 |
4.3.2 计算结果分析 |
4.4 装配式衬砌设计参数标准化 |
4.4.1 装配式衬砌厚度及配筋率 |
4.4.2 装配式衬砌耐久性 |
4.4.3 装配式衬砌幅宽 |
4.4.4 装配式衬砌构造设计 |
4.5 标准化装配式衬砌的配筋及验算 |
4.5.1 正截面配筋计算 |
4.5.2 截面复核及强度验算 |
4.5.3 裂缝宽度验算 |
4.5.4 环向连接螺栓验算 |
4.6 本章小结 |
第五章 装配式衬砌拼装装备及现场拼装技术 |
5.1 装配式衬砌结构概况 |
5.2 拼装设备功能与工作原理 |
5.3 拼装形式 |
5.3.1 计算模型与参数 |
5.3.2 计算结果分析 |
5.4 拼装施工合理步序 |
5.4.1 垫层施工及基底精平 |
5.4.2 预制仰拱吊装 |
5.4.3 预制拱圈拼装 |
5.4.4 预估使用效果 |
5.5 定位控制与纠偏微调 |
5.5.1 .拼装定位 |
5.5.2 .纠偏控制 |
5.6 注浆回填与防水材料 |
5.6.1 衬砌背后注浆 |
5.6.2 榫槽注浆 |
5.7 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
在学期间发表的论文和取得的学术成果 |
(9)公路隧道衬砌缺陷影响机理与承载力研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.1.1 我国公路隧道现状 |
1.1.2 云南公路隧道现状 |
1.1.3 公路隧道的安全 |
1.1.4 隧道质量缺陷诊断方法研究的重要性和必要性 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 隧道质量缺陷检测技术 |
1.2.2 隧道衬砌缺陷成因、分类、评价 |
1.2.3 隧道质量缺陷下的力学性能 |
1.2.4 缺陷衬砌承载力研究 |
1.3 主要研究内容及贡献 |
1.4 研究的技术路线 |
第二章 云南山区公路运营隧道典型质量缺陷特征及分析 |
2.1 统计背景及意义 |
2.2 病损隧道统计范围 |
2.3 隧道衬砌主要质量缺陷分析 |
2.3.1 衬砌背后空洞统计结果及成因分析 |
2.3.2 衬砌厚度不足统计结果及成因分析 |
2.4 本章小结 |
第三章 隧道缺陷衬砌的地质雷达检测模型试验研究 |
3.1 基于地质雷达的缺陷衬砌检测技术 |
3.2 缺陷衬砌试验模型 |
3.3 地质雷达检测 |
3.3.1 选用的地质雷达 |
3.3.2 测线布置 |
3.4 典型病损衬砌的地质雷达图谱特征 |
3.4.1 衬砌脱空雷达检测 |
3.4.2 衬砌空洞雷达检测 |
3.4.3 衬砌其他缺陷雷达检测 |
3.5 衬砌空洞、衬砌脱空标准雷达图像特征 |
3.5.1 正常衬砌标准图谱 |
3.5.2 缺陷衬砌标准图谱 |
3.6 本章小结 |
第四章 隧道缺陷衬砌模型试验设计 |
4.1 试验装置及测试系统 |
4.1.1 试验装置 |
4.1.2 试验加载 |
4.1.3 测试系统 |
4.2 试验准备 |
4.2.1 材料相似比 |
4.2.2 衬砌模型试验材料及衬砌构件制作 |
4.3 地层的模拟 |
4.4 相关指标 |
4.5 本章小结 |
第五章 缺陷对NC衬砌隧道力学性能影响研究 |
5.1 空洞缺陷影响下的NC衬砌隧道模型试验 |
5.1.1 试验工况设计 |
5.1.2 空洞缺陷对NC衬砌力学性能影响试验研究 |
5.1.3 含空洞缺陷NC衬砌变形破坏 |
5.1.4 空洞缺陷下NC衬砌试验数据处理分析 |
5.2 空洞和衬砌减薄组合缺陷对隧道力学性能的影响 |
5.2.1 试验工况设计 |
5.2.2 空洞和衬砌减薄组合缺陷对NC衬砌力学性能影响试验研究 |
5.2.3 空洞和衬砌减薄组合缺陷下衬砌变形破坏 |
5.2.4 空洞和衬砌减薄组合缺陷下NC衬砌试验数据处理分析 |
5.3 含缺陷NC衬砌数值模拟分析与试验印证 |
5.3.1 数值计算模型 |
5.3.2 材料模型及参数 |
5.3.3 数值模拟验证 |
5.4 含空洞的NC衬砌数值模拟分析 |
5.5 衬砌厚度不足的NC衬砌数值模拟分析 |
5.6 含空洞和减薄组合缺陷衬砌数值模拟分析 |
5.7 本章小结 |
第六章 空洞对RC衬砌隧道力学性能影响研究 |
6.1 空洞缺陷影响下的RC衬砌隧道模型试验 |
6.1.1 试验工况设计 |
6.1.2 空洞缺陷对RC衬砌力学性能影响试验研究 |
6.1.3 含空洞缺陷RC衬砌变形破坏 |
6.2 含缺陷RC衬砌数值模拟分析与试验印证 |
6.2.1 结构模型 |
6.2.2 材料模型及参数 |
6.2.3 数值模型的验证 |
6.3 空洞位置和尺寸对隧道力学性能的影响分析 |
6.4 地层刚度对隧道力学性能的影响分析 |
6.5 尺寸对隧道力学性能的影响分析 |
6.6 本章小结 |
第七章 隧道缺陷衬砌承载力计算 |
7.1 引言 |
7.2 MLLBC工具箱 |
7.2.1 MLLBC工具箱的系统架构 |
7.2.2 MLLBC工具箱的机器学习算法 |
7.3 实验及分析 |
7.3.1 衬砌承载力损失率数据集 |
7.3.2 模型评价器设计及实验基准 |
7.3.3 实验结果及分析 |
7.4 本章小结 |
第八章 结论与展望 |
8.1 主要结论 |
8.2 主要创新点 |
8.3 研究展望 |
参考文献 |
在学期间的研究成果 |
致谢 |
(10)考虑服役性状的山岭公路隧道地震易损性研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 含质量缺陷隧道力学性能研究现状 |
1.2.2 腐蚀环境下衬砌性能劣化研究现状 |
1.2.3 隧道地震易损性研究现状 |
1.3 主要研究内容及技术路线 |
第二章 隧道地震易损性分析方法 |
2.1 隧道地震易损性概述 |
2.2 隧道地震易损性分析方法 |
2.2.1 基于震害调查的经验易损性分析方法 |
2.2.2 基于数值模拟的理论易损性分析方法 |
2.2.3 混合易损性分析方法 |
2.3 隧道地震易损性分析步骤 |
2.4 本章小结 |
第三章 空洞影响下的山岭隧道地震易损性分析 |
3.1 计算模型 |
3.1.1 计算模型的建立 |
3.1.2 地震波的选择 |
3.1.3 计算方案 |
3.2 空洞影响下隧道地震响应分析 |
3.2.1 围岩应力分布 |
3.2.2 衬砌内力时程曲线 |
3.2.3 衬砌内力分布 |
3.3 地震易损性分析 |
3.3.1 损伤指标的取值方法 |
3.3.2 易损性参数估计 |
3.3.3 空洞位置及尺寸的影响 |
3.3.4 空洞类型的影响 |
3.3.5 围岩级别的影响 |
3.3.6 地震波入射方向的影响 |
3.3.7 易损性曲线的对比分析 |
3.4 本章小结 |
第四章 考虑衬砌劣化的山岭隧道地震易损性分析 |
4.1 衬砌劣化特征及承载力时变模型 |
4.1.1 混凝土强度变化规律及时变模型 |
4.1.2 钢筋锈蚀效应及时变模型 |
4.1.3 衬砌时变承载力方程 |
4.2 考虑衬砌劣化的地震易损性分析方法 |
4.3 地震易损性分析 |
4.3.1 混凝土强度的影响 |
4.3.2 钢筋腐蚀的影响 |
4.3.3 混凝土强度劣化与钢筋腐蚀的共同作用的影响 |
4.4 本章小结 |
第五章 结论与展望 |
5.1 主要结论 |
5.2 工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
附录 攻读硕士学位期间的学术成果、参与的科研项目及获奖情况 |
四、简述公路隧道混凝土衬砌施工(论文参考文献)
- [1]青岛地铁隧道衬砌裂缝演化机制及安全性评价研究[D]. 王观群. 青岛理工大学, 2021(02)
- [2]公路隧道钢筋混凝土衬砌背后缺陷雷达探测信号干扰规律及增益方法[D]. 鞠蕙. 山东大学, 2021(11)
- [3]阿尔金山隧道洞口段围岩冻融过程与保温材料性能研究[D]. 虞洪. 兰州理工大学, 2021(01)
- [4]寒区引水隧洞衬砌病害分析及安全状态评价[D]. 陆丽丽. 兰州交通大学, 2021(02)
- [5]挤压变形隧道中让压支护的力学机理研究[D]. 吴奎. 西安建筑科技大学, 2021(01)
- [6]山岭隧道复合式衬砌结构设计优化研究[D]. 孙明社. 北京交通大学, 2020(02)
- [7]大断面公路隧道围岩稳定性和衬砌强度研究[D]. 徐子瑶. 山东大学, 2020(11)
- [8]山岭公路隧道装配式衬砌设计参数标准化研究[D]. 谭忠. 重庆交通大学, 2020(01)
- [9]公路隧道衬砌缺陷影响机理与承载力研究[D]. 张森. 兰州大学, 2020(01)
- [10]考虑服役性状的山岭公路隧道地震易损性研究[D]. 计霞飞. 昆明理工大学, 2020