公路隧道二次衬砌开裂机理与抗裂性试验研究

论文摘要

隧道二衬开裂是目前隧道工程中经常出现的病害,严重影响工程质量和交通安全。本文依托杭州市建成和在建隧道工程,通过调查和现场监测,室内试验、理论研究及二衬开裂数值模拟分析研究等,对隧道二衬各种裂缝的成因、类别、材料与二衬结构力学特性,深入分析和研究裂缝的产生机理,探索隧道裂缝防治对策。本文主要进行的工作和取得的成果如下:1.公路隧道裂缝实地调查和分析。对国内外公路隧道二衬裂缝进行调研,实地调查杭州市公路隧道二衬裂缝,进行归类和分析,初步找出产生裂缝的原因。2.隧道二衬结构施工过程监测与数据采集。对隧道施工过程中围岩的压力与位移、衬砌间接触压力、二衬应力及衬砌质量实时监测,并对数据进行分析。3.公路隧道二衬结构材料试验。进行隧道二衬混凝土材料配合比试验,重点研究采用通过添加UEA膨胀剂提高二衬混凝土抗收缩能力。进行板式二衬混凝土收缩试验,研究UEA膨胀剂对二衬混凝土裂缝的抑制效果。4.公路隧道二衬结构力学分析研究。采用有限元非线性分析理论,基于断裂强度因子的二衬开裂机理分析,运用非接触单元模型,考虑荷载-温度收缩-干缩的耦合作用二衬结构力学行为,进行隧道不同围岩条件下二衬开裂数值模拟分析研究。5.隧道二衬裂缝预防与防治技术分析与总结。导致隧道二次衬砌开裂的主要因素为围岩传递过来的偏载、衬砌的自身变温及失水等。相应的预防与治理措施要对症下药,遵循“预防为主”原则。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的意义和目的
• 1.2 国内外研究现状与进展
• 1.2.1 试验研究
• 1.2.2 新材料与结构改进等研究
• 1.2.3 公路隧道二衬裂缝研究存在的问题与发展方向
• 1.3 本文主要内容
• 1.4 研究技术路线与关键技术
• 1.4.1 技术路线
• 1.4.2 采用的关键技术和主要创新
• 第2章 公路隧道衬砌裂缝成因与现状调查
• 2.1 公路隧道衬砌裂缝成因分析
• 2.1.1 衬砌外力作用
• 2.1.2 衬砌材质的劣化
• 2.1.3 施工工艺与质量控制
• 2.1.4 结构设计因素
• 2.1.5 水文地质因素
• 2.2 公路隧道调查情况及分析
• 2.2.1 二衬裂缝调查情况
• 2.2.2 杭州地区隧道衬砌裂缝特点
• 2.2.3 二衬裂缝调查结果分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 隧道衬砌结构裂缝机理的理论分析
• 3.1 隧道衬砌裂缝研究理论简介
• 3.2 线弹性模型
• 3.3 混凝土材料的弹塑性损伤模型
• 3.4 接触单元
• 3.5 断裂力学基本理论
• 3.5.1 断裂力学基本理论
• 3.5.2 应力强度因子的确定
• 3.5.3 复合荷载作用下线弹性断裂力学
• 3.6 本章小结
• 第4章 在建隧道二衬施工过程现场监测研究
• 4.1 前言
• 4.2 依托工程概况
• 4.3 现场监测的目的和意义
• 4.4 现场监测试验主要内容与技术方法
• 4.4.1 主要传感器工作原理
• 4.4.2 围岩压力与衬砌间接触压力量测
• 4.4.3 二次衬砌结构应力量测
• 4.4.4 围岩位移量测
• 4.4.5 衬砌质量检测
• 4.5 监测项目的选择
• 4.5.1 监测点位布置的原则
• 4.5.2 监测点的布置
• 4.6 现场量测成果分析
• 4.6.1 围岩压力与衬砌间接触压力分析
• 4.6.2 二次衬砌结构应力分析
• 4.6.3 围岩位移分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 隧道衬砌材料性能改善室内试验研究
• 5.1 室内试验研究的意义与目的
• 5.2 膨胀剂混凝土的应用与研究进展
• 5.3 膨胀剂混凝土在工程中的应用情况
• 5.4 隧道二次衬砌膨胀剂混凝土室内试验内容与技术方法
• 5.5 膨胀剂混凝土混合料材料组成
• 5.5.1 水泥
• 5.5.2 集料
• 5.5.3 膨胀剂
• 5.5.4 水
• 5.5.5 外加剂
• 5.6 膨胀剂混凝土抗压强度试验
• 5.6.1 试验方法
• 5.6.2 试验结果分析
• 5.7 膨胀剂混凝土劈拉强度试验
• 5.7.1 试验方法
• 5.7.2 试验结果分析
• 5.8 膨胀剂混凝土抗折强度试验
• 5.8.1 试验方法
• 5.8.2 试验结果分析
• 5.9 膨胀剂混凝土干缩试验
• 5.9.1 试验方法
• 5.9.2 试验结果分析
• 5.10 膨胀剂混凝土抗裂试验
• 5.10.1 试验方法
• 5.10.2 试验结果分析
• 5.11 本章小结
• 第6章 隧道二次衬砌数值模拟研究
• 6.1 概述
• 6.2 隧道二衬数值分析模型建立
• 6.3 荷载和变温对隧道结构影响分析——荷载对称分布
• 6.3.1 荷载作用
• 6.3.2 围岩荷载、混凝土附加温度应力祸合作用分析
• 6.3.3 围岩荷载与衬砌混凝土失水收缩祸合作用分析
• 6.4 偏载条件下围岩荷载、混凝土附加温度应力祸合作用分析
• 6.5 已开裂二次衬砌分析
• 6.5.1 初始裂纹存在于拱顶
• 6.5.2 初始裂纹位于拱顶靠近右侧
• 6.5.3 二次衬砌开裂后考虑加筋作用研究
• 6.6 二次衬砌开裂过程分析
• 6.6.1 偏载作用下衬砌无初始裂纹
• 6.6.2 偏载作用下二次衬砌含初始裂纹
• 6.7 隧道断面形状对受力影响分析
• 6.8 本章小结
• 第7章 隧道二衬裂缝防治技术研究
• 7.1 概述
• 7.2 隧道二次衬砌裂缝预防措施
• 7.3 隧道二次衬砌裂缝治理措施
• 7.3.1 二衬裂缝传统治理方法
• 7.3.2 利用新材料、新技术治理二衬裂缝
• 7.4 隧道二衬裂缝防治技术建议
• 7.5 本章小结
• 第8章 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 参考文献