隧道钢纤维混凝土单层衬砌动力响应研究

论文摘要

钢纤维混凝土因其较普通混凝土有较高的抗裂性能和韧性,用于地下结构具有较高的承载力,且可以吸收较大的变形能,符合现代支护原理调整和控制围岩变形的要求,并同时具备与普通混凝土同样的防水效果,将其应用于隧道单层衬砌具有广阔的发展前景。钢纤维混凝土应用于隧道单层衬砌可以减小衬砌的厚度,减少工程量,节约工程成本,而且可以使隧道衬砌的抗裂和抗渗性能得到提高,减少维修费用的同时延长了结构的使用寿命,经济效益良好。目前钢纤维混凝土在研究与应用方面都取得了一定的成果,但是对钢纤维混凝土用于隧道衬砌结构的动力性能的研究还不够深入,钢纤维混凝土隧道衬砌与围岩的动力相互作用方面的研究涉及较少。针对上述问题,本文在分析钢纤维混凝土作用机理和钢纤维混凝土单层衬砌研究的基础上,结合地震动力响应数值模拟,对钢纤维混凝土隧道单层衬砌进行了初步的动力研究。本论文主要研究内容有：1、通过对钢纤维混凝土力学性能和作用机理的分析,得出钢纤维混凝土单层衬砌较复合式衬砌用作隧道支护结构具有优越性的结论。2、通过对钢纤维混凝土单层衬砌地震动力响应的研究,分析比较钢纤维混凝土单层衬砌与普通混凝土单层衬砌在位移、应力及塑性区出现范围的差异,以此作为工程实践的参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 普通混凝土材料的局限性
• 1.2 钢纤维混凝土对比普通混凝土的优势
• 1.3 钢纤维混凝土的应用与发展
• 1.4 钢纤维混凝土在隧道工程应用研究现状
• 1.5 地下工程衬砌设计的基本思想
• 1.6 钢纤维混凝土的断裂力学研究现状
• 1.6.1 断裂力学研究方法概述
• 1.6.2 混凝土断裂力学概况
• 1.7 问题的提出
• 1.8 本文的主要研究内容、目标和方法
• 1.8.1 研究内容
• 1.8.2 研究目标
• 1.8.3 研究方法
• 第2章 钢纤维混凝土的基本理论
• 2.1 钢纤维混凝土的基本力学性能
• 2.1.1 钢纤维混凝土的抗压性能
• 2.1.2 钢纤维混凝土的抗拉性能
• 2.1.3 钢纤维混凝土的抗剪性能
• 2.1.4 钢纤维混凝土的抗弯性能
• 2.1.5 钢纤维混凝土的韧性和抗裂性能
• 2.1.6 钢纤维混凝土的抗冲击性能
• 2.1.7 钢纤维混凝土的抗疲劳性能
• 2.2 钢纤维混凝土的增强机理和阻裂原理研究
• 2.2.1 钢纤维混凝土增强机理
• 2.2.2 钢纤维混凝土的阻裂原理
• 2.3 钢纤维混凝土的断裂参数和断裂判据
• 2.3.1 应力强度因子
• 1'>2.3.2 断裂能G₁
• 2.3.3 COD准则
• 2.3.4 J积分准则
• 第3章 钢纤维混凝土单层衬砌研究现状
• 3.1 隧道衬砌形式发展概述
• 3.1.1 整体式衬砌
• 3.1.2 喷锚支护
• 3.1.3 复合式衬砌
• 3.1.4 装配式衬砌
• 3.1.5 离壁式衬砌
• 3.1.6 单层衬砌
• 3.2 单层衬砌的概念和支护特点
• 3.2.1 单层衬砌的概念
• 3.2.2 单层衬砌的支护特点
• 3.3 单层衬砌的力学传递机理
• 3.4 单层衬砌的类型
• 3.5 钢纤维混凝土单层衬砌对比复合式衬砌的优越性
• 3.6 钢纤维混凝土单层衬砌的自防水措施
• 第4章 单层衬砌地震动力响应理论及数值模拟分析
• 4.1 隧道地震动力响应分析方法
• 4.1.1 时域分析法
• 4.1.2 频域分析法
• 4.2 土与结构动力相互作用研究
• 4.2.1 土与结构动力相互作用的基本概念
• 4.2.2 土与结构动力相互作用研究发展历史
• 4.3 岩土材料本构关系
• 4.4 屈服破坏准则
• 4.5 数值模拟分析基础
• 4.5.1 FLAC3D动力计算采用的本构模型
• 4.5.2 边界条件
• 4.6 钢纤维混凝土单层衬砌的地震响应分析
• 4.6.1 围岩材料力学模型
• 4.6.2 数值计算模型的建立
• 4.6.3 数值计算结果分析
• 4.6.4 数值模拟计算结果与实际震害形态比较分析
• 4.7 小结
• 结论与展望
• 1. 结论
• 2. 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文及科研成果