论文摘要
当前我国已成为隧道工程最多、最复杂、发展最快的国家之一。隧道工程长期稳定和安全与支护结构的蠕变密切相关。本文结合重庆市自然科学基金项目“隧道围岩-支护结构长期稳定性研究”进行了三轴流变试验,研究了混凝土支护结构的流变特性。在考虑混凝土支护结构流变时效特性的基础上,运用非线性有限元数值模拟对隧道围岩-支护结构的长期稳定性以及支护结构流变参数的敏感性进行了分析。论文主要工作及成果如下:①较全面介绍了材料流变的主要理论,重点介绍了模型理论的特点。②采用MTS815液压伺服系统,对二次衬砌的混凝土试件进行了三轴压缩变形和流变试验,研究了混凝土在不同应力水平作用下轴向应变随时间的变化规律。通过对试验数据的拟合和分析,分别确立了Hook-Kelvin体相串联而成的弹-粘弹模型以及有限元软件ADNIA中的LUBBY2本构模型的流变参数。③阐述了有限元法模拟分析地下工程的基本原理和过程,运用ADINA有限元分析程序,采用LUBBY2本构模型,对考虑混凝土支护结构蠕变特性的两车道标准隧道断面开挖和支护进行了数值模拟分析,结果表明:考虑混凝土支护结构的蠕变,使得围岩、初期支护和二次衬砌的最大主应力和最大剪应力极值均减小;使得围岩、初期支护和二次衬砌的水平位移和竖向位移最大值均增大;开挖支护完毕时刻,围岩的塑性区主要分布在隧道拱腰两侧小部分范围内,支护结构的蠕变使围岩塑性区范围增大。④借助系统分析中的敏感性分析方法,对混凝土支护结构流变参数进行了敏感性分析,通过对不同流变参数敏感度因子的比较,区分了主要敏感参数和次要敏感参数。结果表明,流变参数对隧道围岩拱顶最大主应力和竖向位移的敏感度排序为:a3>a0>a4>a1>a5=a2;流变参数对隧道围岩右拱腰最大剪应力的敏感度排序为:a3>a4>a0>a1>a5=a2。即a3为敏感参数,a5和a2为不敏感参数。