衬砌存在裂缝的隧道力学模型研究及应用

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1、公路交通技术2011年6月第3期TechnologyofHighwayandTransportJun．2011No．3衬砌存在裂缝的隧道力学模型研究及应用郑佳艳，刘海京，林志，夏才初(1．重庆交通大学土木建筑学院，重庆400074；2．招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆400067；3．同济大学，上海200092)摘要：衬砌裂缝是隧道工程中最常见的病害，准确评价存在裂缝的衬砌结构安全状况是隧道工程师面临的难题。通过隧道裂缝病害力学和几何特征分析，利用接触理论模拟裂缝面的接触摩擦作用，基于地层一结构方法建立含纵向裂缝的隧道计算模型，并综合钢筋混凝土强度理论和

2、脆性材料断裂判据，建立存在裂缝的隧道衬砌结构安全性评价方法，在计算模型和评价方法基础上，分析裂缝角度对衬砌结构安全的影响。计算结果表明，裂缝角度是决定裂缝表面摩擦接触状态的重要参数，是决定裂缝扩展及衬砌结构稳定性的重要因素，该结论对深入理解和分析裂缝面承载机理具有指导意义，对存在裂缝病害的隧道病害检测和状态评定具有借鉴作用。关键词：隧道病害；衬砌裂缝；计算模型；安全评价；状态评估文章编号：1009—6477(2011)03—0106—04中图分类号：U455．91文献标识码：AResearchOfMechanicalModelsofTunnelswithCra

3、cksinLininganditsApplicationZHENGJiayan，LIUHaijing，LINZhi，XIACaichuAbstract：Liningcrackisamostcommondiseaseintunnelengineering，andaccurateevaluationforsafetyconditionsofliningstructurewithcracksisadificultproblemfortunnelengineers．Inaccordancewiththeanalysisformechanicalandgeometric

4、alcharacteristicsoftunnelcracks，thispaperbuildscalculatingmodelsfortunnelswithlongitudinalcracksbysimulatingcontactfrictioneffljctofcracksurfaceswithcontacttheoryandbasedonstrata—structuremethod，andestablishesevaluationmethodsforsafetyofliningstructureoftunnelswithcracksbyintegratin

5、greinforcedconcretestrengththeoryandfracturecriteriaforfragilematerials．Afterwardsthepaperanalyzestheinfluencesofcrackanglesonsafetyofliningstructurebasedoncalculatingmodelsandevaluationmethods．Thecalculatedresultshowsthecrackangleisanimportantparametertodeterminefrictioncontactstat

6、esofcracksurfacesandalsoanimportantfactortodecideexpansionofcracksandstabilityofliningstructure．Thisresultexhibitsinstructivesignificancefordeeplyunderstandingandanalyzingloadingmechanismofcracksurfacesandreferencefordiseasedetectionandstateassessmentoftunnelswithcracks．Keywords：tun

7、neldisease；liningcrack；calculatingmodel；safetyevaluation；stateassessment衬砌裂缝¨是最常见的公路隧道病害。裂缝会载能力和安全性是隧道结构工程师关心的重要问降低钢筋混凝土结构的承载能力，甚至导致衬砌失题，也是运营隧道状态评定时面临的难题，目前已有稳和突然坍塌，威胁到隧道结构的运营安全。隧道隧道研究人员开展了一些相关研究和思考。养护技术规范规定裂缝宽度达到3mm即被认为会危害结构安全，但国内外部分隧道衬砌裂缝宽度1存在衬砌裂缝的隧道计算模型达到5cm时衬砌结构仍保持稳定。纵向裂缝、环向衬砌裂缝

8、是隧道工程地质、施工工艺、养护维修裂缝