隧道结构开裂病因力学正演分析

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1、万方数据国内图书分类号：U441国际图书分类号：624西南交通大学研究生学位论文密级：公开年级三Q二三级姓名医丛二亟申请学位级别王堂亟±专业援梁量隧道工捏指导老师鎏塞量塾援二零一五年五月万方数据ClassifiedIndex：U441SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeDissertationForwardModelingoftheMechanicalMechanismofCracksonTunnelStructuresGrade：2012Candidate：ChenXiaoyuAcademicDeg

2、reeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：BridgeandTunnelEngineeringSupervisor：Prof．QiTaiyueMay,2015万方数据西南交通大学凹南父遗大罕学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密口

3、，在年解密后适用本授权书；2．不保或衫使用本授权书。(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名：仃7防1,11幻1日期：2／"，15。5，L毕指导老师签名：醐：勿啊蛐z日万方数据西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明本学位论文主要完成的工作如下：1．从材料开裂理论的角度对比基于虚拟裂缝模型的扩展有限元法的和基于弥散裂缝模型的常规有限元法两种数值方法的优缺点，并利用双线铁路标准隧道断面参数作为算例，证明基于虚拟裂缝模型的扩展有限元法更适用于衬砌结构开裂模拟上；2．将可能造成衬砌结构开裂的原因进行归类，利用扩展有限元方法模拟力学因素造成的裂

4、缝特征形态，并针对每种特征形态的出现阐释了其相应力学机理；3．对于衬砌减薄病害情况，分析解释了减薄后衬砌厚度较大情况比减薄后衬砌厚度较小情况更容易发生开裂的原因；4．找到裂缝表观特征和相应产生原因之间的对应关系，对于少数一种裂缝表观特征对应多种可能病害原因的情况，找到一种或几种办法将可能的原因区分开来。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所

5、引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：P厉cJJ面日期：沁f弓l5tt牛万方数据西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要衬砌结构破坏的不可预测性及严重破坏性一直是隧道工程界的瓶颈问题。由于隧道病害中尤以隧道衬砌结构开裂最为常见，且危害性极大，其产生和发展轻则引起隧道渗漏水，严重情况下会破坏隧道结构的稳定性，威胁行车安全，影响隧道乃至整个线路的安全运营，引起巨大的经济损失。故本文旨在找到裂缝表观特征与其产生原因之间的对应，即有效的根据表观特征判断可能的产生原因。主要工作如下：针对隧道衬砌结构，尤其是二次衬砌的开裂情况，利用材料开裂机

6、理的分析和双线铁路隧道标准断面参数的一个算例，对比分析扩展有限元法和ANSYS模拟裂缝的方法，证明扩展有限元法是相对合适的模拟办法。其二，对已知的隧道衬砌结构开裂原因进行了搜集和整理，采用其原因与力学相关与否进行分类，并定性地给出了一些开裂原因的判别标准，最后确定了本文研究的主要病害因素。利用扩展有限元方法(XFEM)进行裂缝出现和开展的数值模拟。由于扩展有限元方法能较好地描述衬砌开裂的走向、长度等开裂形态以及扩展规律，故本文利用ABAQUS扩展有限元就几种常见的隧道病害进行模拟，得出衬砌结构在这些病害下的开裂形态。这些隧道病害包括：各个位置

7、上的衬砌背后空洞、混凝土减薄以及偏压情况。而出现的裂缝形态分为纵向裂缝和环向裂缝，分布在二次衬砌上的相应部位。数值模拟中一种病害原因往往得到一种开裂状态，而不同的病害原因所导致的开裂状态有时会很类似，所以如何初步地找到观察得到的裂缝开裂特征与其原因之间的对应关系，是本文研究的重点。关键词：扩展有限元；裂缝形态；原因分析万方数据西南交通大学硕士研究生学位论文第1

8、页AbstractTheunpredictabilityofthefailureofthestructureremainstobethecorepartoftheresearchinu

9、ndergroundengineeringconsideringthecomplexityofgeologicalcondition，structuraldesig