隧道衬砌混凝土开裂与耦合场研究进展

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1、2013年第12期l总第290期)混凝土理论研究Number12in2013(TotalNo．290)Cone,ereTHEORETICALREsEARCHdoi：10．3969~．issn．1002—3550．2013．12．006隧道衬砌混凝土开裂与耦合场研究进展黄今1l2，陈拴发，，盛燕萍’(1．长安大学公路学院，陕西西安710064；2．西南科技大学环境与资源学院，四川绵阳621010)摘要：总结了隧道衬砌混凝土开裂与多场耦合在理论分析、数值计算、室内试验及现场测试等方面的研究现状，重点介绍了隧道

2、衬砌混凝土在温度场、湿度场、应力场、损伤场等双场或多场耦合作用下有限元数值模拟研究的进展及不足，最后提出了今后隧道衬砌混凝土耦合场的研究方向。关键词：隧道衬砌；混凝土开裂；耦合场；数值模拟中图分类号：TU528．01文献标志码：A文章编号：1002—3550(2013)12—0017—04ResearchprogressintunnelliningconcretecrackanditscoupledfieldHUANGJin，CHENShuanfa，SHENGYanping(1．SchoolofHighw

3、ay，Chang’anUniversity，Xi’an710064，China；2．InstituteofEnvironmentandResource，SouthwestUniversityofScienceandTechnology，Mianyang621010，China)Abstract：Inpresentwork．tunnelliningconcretecrackandstateoftheartresearchprogressofmultiplecoupledfieldsintheoretical

4、analysis，numericalcalculation，laboratoryevaluationandspottestaresummarized．Thecurrentresearchprogressandlimitationinfiniteel—ementmethodnumericalsimulationoftunnelliningconcreteundertheeffectsofmultiplefieldsoftemperature，humidity，stressandfa—tiguearcemph

5、asized．Finally，thefutureresearchtendencyofmultiplecoupledfieldsinmnnelliningconcreteisproposed．Keywords：tunnellining；concretecracking；coupledfield；numericalsimulation营中的重要问题。由于隧道围岩压力、地质构造、材料结构0引言等复杂因素，早期隧道衬砌受力状态大多采用工程经验结在隧道工程中，衬砌开裂是隧道施工及运营过程中常合现场监测解决。20世纪

6、60年代由于计算机技术的快速见的病害之一。衬砌开裂后影响隧道的整体刚度和承载能发展和岩土工程理论水平的提高，隧道工程结构开始出现力，开裂裂缝成为渗漏水通道后加剧混凝土的侵蚀劣化，数值分析方法。此后，国内外许多学者采用了有限元对隧道并造成钢筋腐蚀，大大降低隧道结构可靠性、衬砌稳定性围岩及衬砌结构进行了分析计算，取得了较多研究成果。与耐久性。此外，衬砌开裂容易对隧道消防、通风、照明等长安大学陈建勋IlI等采用FLAC软件对隧道不同衬砌结构设备腐蚀破坏，影响隧道的正常运营。隧道衬砌与自身材类型进行数值模拟和力学

7、分析，研究了不同围岩条件下初期料性质、结构类型、围岩等级、气候条件、水文地质条件等支护的内力及安全系数随施工工序改变的变化规律，对二次因素相关，故其破裂原因与机理复杂。国内外研究者最先衬砌在不同围岩下洞周位移、拱顶下沉、围岩塑性区的分布对隧道围岩开挖与支护进行理论分析与数值计算，探讨围等进行了计算分析，评价了衬砌结构的安全性。M．A．Meguid岩与衬砌结构内力分布规律与状态，此后逐渐开始研究衬等网基于弹塑性有限元法计算了衬砌背后空洞对隧道衬砌砌开裂及防治措施目前隧道衬砌混凝土在温度场、渗流应力和弯矩的影

8、响，通过研究发现空洞尺寸对隧道衬砌的场、应力场等多场耦合作用下开裂问题成为了研究热点，环向应力有显著的影响，且仰拱下的空洞会使弯矩减小。赵不少学者对其做了理论分析、数值计算、室内试验及现场尚毅等p]采用荷载结构法和地层结构法对隧道衬砌结构内监测等研究工作。本研究阐述了隧道衬砌结构内力理论计力计算研究的基础上，提出用二维平面实体单元取代一维算、衬砌温度场和温度应力分析及多场耦合作用下隧道衬的温克尔弹簧单元来模拟围岩与衬砌结构相互