富水大断面公路隧道水压模型试验及衬砌结构力学行为研究

• 作者: 侯伟名 周平 王志杰 王李 蒋新政 雷飞亚
• 来源期刊: 中国公路学报
• 学科: 交通运输
• 关键词: 隧道工程 受力特征 模型试验 开裂过程 安全系数 富水大断面
• 年，卷（期）: 2019,（8）
• 所属期刊栏目: 隧道工程
• 页码范围: 134-144
• 页数: 11页
• 分类号: U451.4
• 语种: 中文
• DOI: 10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.08.012

摘要

为研究隧道衬砌在围岩压力及外水压力综合作用下的受力特征、结构安全性及破坏过程,采用自制的均匀水压模拟加载装置及隧道地层复合试验台架,实现对围岩压力及外水压力的分别控制加载,完成在深埋条件下不同外水压力作用下衬砌结构受力模型试验.运用ANSYS有限元软件分阶段计算衬砌在水土压力作用下的受力特征,计算各部分安全系数,并与试验结果对比分析.研究表明:采用抽真空的方法模拟外水压力时,外水压力值越大,试验结果越接近真实情况,当外水压力达到150 kPa时,其差值可控制在5％以内;在外水压力及围岩压力的作用下,墙脚及拱底分别受最大正弯矩及最大负弯矩作用,且安全系数较其他位置小;随着外水压力的增大,衬砌所受的轴力及弯矩持续增大,且增大速率基本呈线性,其中墙脚位置增长速率最快;随着荷载的增大衬砌结构墙脚最先发生破坏,墙脚裂缝发展导致衬砌结构应力重分布,最终引起拱底开裂;墙脚的裂缝导致墙脚处承受的正弯矩不断减小,拱底承受的负弯矩不断增大,安全系数不断减小;当墙脚的裂缝宽度发展至1.5～2.0 mm时,试验数据及数值模拟结果计算所得拱底安全系数降低至1.5左右,拱底不再满足承载要求,与试验中衬砌的开裂行为相吻合.所提出的模型试验方案可为类似模型试验提供参考,研究成果可为富水大断面公路隧道的设计及安全评估提供依据.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	王志杰	西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室	88	525	12.0	19.0
2	周平	西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室	33	128	6.0	9.0
3	雷飞亚	西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室	8	13	1.0	3.0
4	侯伟名	西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室	6	13	1.0	3.0
5	王李	西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室	8	26	3.0	5.0
6	蒋新政	西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室	4	0	0.0	0.0