【摘 要】
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随着我国基础建设的不断完善,既有隧道已进入了长达数十年的运营和维护阶段,另外山岭隧道所处地质条件复杂,决定了不管是在运营期还是隧道施工期都面临着高水压问题。高水压对裂损衬砌结构的渗水状态不仅仅影响着隧道内交通安全,而且水压对衬砌结构韧性极为不利,加剧裂损衬砌结构应力重分布,开裂,钢筋锈蚀,隧道内电气设备短路、高寒地区结构承受冻胀力等一系列问题。而国内外对于水压作用下衬砌裂损结构的渗水状态研究较少,
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随着我国基础建设的不断完善,既有隧道已进入了长达数十年的运营和维护阶段,另外山岭隧道所处地质条件复杂,决定了不管是在运营期还是隧道施工期都面临着高水压问题。高水压对裂损衬砌结构的渗水状态不仅仅影响着隧道内交通安全,而且水压对衬砌结构韧性极为不利,加剧裂损衬砌结构应力重分布,开裂,钢筋锈蚀,隧道内电气设备短路、高寒地区结构承受冻胀力等一系列问题。而国内外对于水压作用下衬砌裂损结构的渗水状态研究较少,迫切需要开展此方面的研究。另外对于施工阶段可以及时调整衬砌结构设计参数,预防水压对衬砌结构的影响。本论文依托国家重点研发计划(2017YFC0806000)课题10“既有城市隧道损伤快速定位与灾后快速诊断成套技术及装备”,采用了理论分析、数值模拟、模型试验等方法,探究了水压作用下裂损衬砌结构的渗水状态,水压作用在衬砌结构不同部位时承载性能,并对水压作用在不同部位时隧道渗漏水评定标准进行了探讨。主要研究成果如下:(1)基于相似理论,自制劈裂小比尺试块模拟裂损衬砌结构凹凸不平的断面形式,利用空化声震试验系统和精密加压水泵分别固定试件和施加水压,探究了不同裂缝宽度与稳定水压之间的关系及裂缝宽度与流速之间的关系,分析了水压与流速的关系及注水压力与稳定水压的关系,得到了不同裂缝宽度能达到的最大稳定水压及在稳定水压条件下的流速变化规律。(2)借助模型试验分析结果,采用fluent数值模拟软件,完善了试验设备不能试验的工况。忽略模型试验中试件材料不均匀及试件形状,通过Cronos高精度扫描仪获取断面三维坐标,只考虑试件断面形式,探究了裂缝宽度为0.6mm时,水压为500-800kpa,裂缝宽度为0.8mm时,水压为400-800kpa,裂缝宽度为1mm时,水压为300-800kpa的流速值。根据以上模型试验和数值模拟拟合了流速-水压关系曲线,得到了不同裂缝宽度条件下,不同渗水状态衬砌结构所对应的水压范围。(3)基于荷载-结构理论,采用迈达斯GTS-NX有限元软件,建立了Ⅴ级围岩条件下衬砌结构模型,考虑衬砌结构裂缝分别分布在拱顶、拱肩、拱脚和墙角位置,分别探究了不同水压作用在以上部位时衬砌结构的受力特征及安全系数变化规律。(4)根据以上不同结构位置安全系数变化规律,将《公路隧道养护规范》中渗漏水评判标准补充为水压作用在拱顶、拱肩、拱脚和墙角位置时,不同渗水状态条件下对衬砌结构的影响程度,并细化了评判标准,对既有隧道病害定量化评价奠定基础。
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