检索结果-南通市图书馆

作者：王雨航吉林大学

学位级别：硕士

截至2022年底,我国公路隧道有245880处,总长26784.3km,且仍在快速增长,然而山岭地区的地质环境比较复杂,不良地质中以断层破碎带较为常见,对隧道产生极大的安全隐患。在多种错动类型中,正断层错动下衬砌容易产生弯拉破坏,而混凝土材料... 详细信息

截至2022年底,我国公路隧道有245880处,总长26784.3km,且仍在快速增长,然而山岭地区的地质环境比较复杂,不良地质中以断层破碎带较为常见,对隧道产生极大的安全隐患。在多种错动类型中,正断层错动下衬砌容易产生弯拉破坏,而混凝土材料主要提供抗压性能,隧道易在正断层错动下产生受拉破坏而失效;在错动形式中,蠕滑错动相较于黏滑错动时间久,容易被忽视,其也会产生严重破坏。因此,本文依托国家重点研发计划课题“重点区段结构安全和抗灾韧性提升关键技术及装置”(编号2021YFB2600604,2021YFB2600600),以正断层蠕滑错动下的隧道为研究对象进行数值模拟,结合室内试验研发可提升隧道抵抗正断层错动的韧性衬砌材料,通过损伤破坏体积比与初始破坏位移两个指标对比得出高韧性衬砌材料相较普通衬砌材料的破坏程度降低水平与抗错性能提升效果。具体的研究内容如下:(1)以正断层蠕滑错动为隧道受灾类型,应用有限元数值模拟软件ABAQUS,开展隧道在不同错动距离、围岩等级、破碎带宽度、破碎带倾角下衬砌的力学响应与损伤破坏研究。普通衬砌主要以受拉破坏为主,多数工况下受拉损伤破坏体积比可达受压的两倍;衬砌的最大主应力以拉应力为主,最小主应力以压应力为主,拉应力明显的位置有拱顶与仰拱,压应力明显的位置有拱腰、拱肩及拱脚;错动距离与衬砌各重点部位的拉压损伤破坏程度呈正相关,断层倾角与衬砌受拉损伤程度呈负相关,45°倾角受拉损伤破坏体积比α达最大值24.68%;4种影响因素对衬砌的破坏影响程度依次为破碎带倾角、错动距离、围岩等级、破碎带宽度。(2)基于衬砌的破坏形式与程度,结合衬砌用混凝土性能需求与高韧水泥基复合材料的设计理论,研究高韧性衬砌材料的力学特性与弯拉韧性。增加砂胶比可以提升抗折强度,粉煤灰掺量增加使抗折、抗压强度都有一定程度的损失,掺加硅灰后抗压强度明显提高,最大抗压强度为50.84MPa,最大抗折强度为7.6MPa;8组配比材料在28天时的立方体抗压强度均高于30MPa,满足隧道衬砌抗压性能的需求;纤维掺量是影响抗弯性能最重要的因素,砂胶比最低且纤维与粉煤灰掺量适中的配合比极限抗弯强度和跨中挠度最大,分别为9.33MPa和12.98mm;硅灰掺量最高的配合比最大抗拉强度可达3.92MPa,粉煤灰掺量最高的配合比极限拉应变最大为18500με,拉应变约为普通混凝土的100～130倍。(3)基于试验数据标定了高韧水泥基材料的本构参数,并将其应用于隧道断层的数值模拟中,开展高韧性衬砌错动的损伤规律以及与普通衬砌抗错性能的对比研究。通过衬砌损伤破坏体积比α与初始破坏位移来表征衬砌材料的抗错动性能;四种因素对高韧性衬砌的损伤破坏影响规律与普通衬砌基本相同,在断层错动距离为20cm时抗压性能提升效果最好,受压损伤破坏体积比下降了65.9%;在断层破碎带倾角为75°时抗拉破坏下降幅度最大,受拉损伤破坏体积比下降了61.5%;破碎带倾角为45°时应用高韧性衬砌抗错性能提升效果最佳,受拉破坏的初始位移较普通衬砌提高了231%,受压破坏的初始位移较普通衬砌提高了105%。

关键词：山岭隧道正断层破坏蠕滑错动高韧性衬砌抗错动性能

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活动断层蠕滑错动下隧道高延性衬砌结构抗错性能研究

活动断层蠕滑错动下隧道高延性衬砌结构抗错性能研究

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作者：文锦诚昆明理工大学

学位级别：硕士

随着我国西部山区交通建设的飞速发展,隧道穿越活动断层情况日益增多。活动断层错动产生的地层永久变形会导致隧道衬砌开裂破坏甚至结构的整体垮塌,严重危及隧道结构安全。隧道穿越活动断层的错动破坏机制及抗错应对措施研究已成为西部... 详细信息

随着我国西部山区交通建设的飞速发展,隧道穿越活动断层情况日益增多。活动断层错动产生的地层永久变形会导致隧道衬砌开裂破坏甚至结构的整体垮塌,严重危及隧道结构安全。隧道穿越活动断层的错动破坏机制及抗错应对措施研究已成为西部山区隧道建设中亟待解决的重要技术问题之一。目前隧道结构抗断措施的研究多集中在柔性连接段和减震层等方面,较少涉及提升衬砌本身抗错性能方面的研究。本文以云南省某穿越活动断层区公路隧道为工程背景,采用室内试验、理论分析和数值计算相结合方法,开展活动断层错动作用下高延性衬砌力学响应及抗错性能研究。主要研究内容及结果如下:(1)针对超高韧性水泥基复合材料(PVA-ECC)开展了单轴压缩和单轴拉伸试验,确定了ECC材料的轴向拉、压力学性能。结合试验和已有研究成果,确定了一种能够准确反映ECC材料拉、压力学性能塑性损伤模型。在此基础上,基于通用有限元软件建立了钢筋增强ECC梁的数值模型,进行了ECC梁四点弯曲试验的数值模拟。通过对比数值模拟和试验结果,验证了ECC塑性损伤模型的有效性。(2)依托云南省某穿越活动断层高速公路隧道工程,采用有限元分析方法,建立了逆断层-围岩-隧道相互作用的错动计算模型,研究不同错动距离、断层宽度、断层倾角和围岩条件下,传统RC衬砌和ECC衬砌的受力变形特征和损伤破坏特征,明确两种衬砌受不同逆断层参数影响的力学响应规律,对比分析两种衬砌结构的抗错性能。计算结果表明:在逆断层错动作用下,断层错动距离的增加明显增大了衬砌的局部应力,加剧了衬砌的损伤。断层破碎带是衬砌变形的缓冲区域,更宽的断层宽度会延缓衬砌局部损伤的发展速度,增大衬砌的极限错距。断层倾角越大,相同逆断层错距下的竖向位移分量越大,衬砌的局部拉伸变形越明显,导致衬砌的极限错距减小,降低了衬砌的抗错性能。断层上下盘岩体强度越高,对隧道的约束作用越强,使得衬砌变形区域越集中,局部变形越剧烈,加速了衬砌结构的破坏。不同逆断层特征下,两种衬砌破坏模式相类似,均以压剪破坏为主。但ECC衬砌的变形适应能力、抗裂性能以及抗错断性能明显优于传统的RC衬砌,在上述逆断层条件下,ECC衬砌整体破坏时的极限错距是相同条件下传统RC衬砌的3.5倍以上。(3)采用数值分析方法,建立了穿越正断层隧道的错动模拟计算模型,研究断层宽度、断层倾角和围岩条件对RC衬砌和ECC衬砌受力的影响规律,探讨不同正断层特征及错动条件下衬砌的损伤破坏规律和抗错性能。进一步对比分析了断层形式的影响。结果表明:不同错动距离、断层宽度和围岩条件下,RC衬砌和ECC衬砌受正断层错动的影响规律与逆断层错动相似。随着正断层倾角的增大,衬砌能承受的极限错距有所增加。由于正断层错动下衬砌的受拉破坏特征更明显,因而相同条件下衬砌受到断层错动的影响程度明显大于逆断层,具体表现为衬砌更小的极限错距。在正断层错动下,两种衬砌破坏模式相类似,均以拉剪破坏为主。ECC衬砌能更好地发挥其抗裂性能强、拉伸韧性好的优势,因而呈现出显著优于普通衬砌的变形适应能力和抗错断性能。在本文涉及的正断层条件下,ECC衬砌整体破坏时的极限错距是相同条件下传统RC衬砌的3倍以上。

关键词：山岭隧道活动断层 ECC衬砌蠕滑错动结构响应抗错性能

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跨活断层深埋隧道轴线错动位移模式试验研究

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岩土力学 2021年第5期42卷 1304-1312页

作者：刘小岩张传庆史铁勇周辉胡大伟朱国金朱勇王超中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点试验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049 大连长兴岛经济区管委会辽宁大连116317 中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司云南昆明640051

活断层蠕滑错动会导致穿越其中的隧道轴线方向岩体发生变形,引起轴线弯曲甚至岩体破坏,沿轴向岩体的位移模式是隧道结构设计与安全运行的重要依据,特别是深埋隧道段,穿越活断层地质分区、错动方式及破碎带内的三维应力场是决定隧道沿轴... 详细信息

活断层蠕滑错动会导致穿越其中的隧道轴线方向岩体发生变形,引起轴线弯曲甚至岩体破坏,沿轴向岩体的位移模式是隧道结构设计与安全运行的重要依据,特别是深埋隧道段,穿越活断层地质分区、错动方式及破碎带内的三维应力场是决定隧道沿轴线岩体变形破坏的关键因素,而现有物理模拟试验多用于研究浅埋隧道、地铁等工程受断层错动的影响,不适于深埋隧道条件的模拟。为此,考虑上述关键因素,采用自主研发的一套用于模拟三维应力作用下断层蠕滑错动的试验装置,以跨活断层凤凰山隧道为依托,通过模型试验研究了不同蠕滑错动量级下深埋隧洞轴线的位移模式,结果表明:断层蠕滑错动位移模式呈"S"形;小错动量下变形由错动盘向破碎带连续传递,而大错动量下错动盘与破碎带交界面发生滑动;破碎带内变形曲线呈"坡面线"形,带内错动位移传播宽度约为20 m。研究成果为穿断层隧道结构设计提供了重要依据。

关键词：物理模拟活断层三向加载柔性加载蠕滑错动位移模式

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基于多破裂面走滑断层错动隧道结构响应与适应性措施研究

基于多破裂面走滑断层错动隧道结构响应与适应性措施研究

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作者：陈孔福西南交通大学

学位级别：硕士

我国自实施建设“交通强国”的发展战略以来，中西部地区交通基础设施建设得到快速发展。西部艰险山区隧道工程建设中，会不断遇到新的挑战，不可避免地要穿越活动断层带甚至活动多破裂面走滑断层。活动走滑断层破碎带内的岩体位错具有... 详细信息

我国自实施建设“交通强国”的发展战略以来，中西部地区交通基础设施建设得到快速发展。西部艰险山区隧道工程建设中，会不断遇到新的挑战，不可避免地要穿越活动断层带甚至活动多破裂面走滑断层。活动走滑断层破碎带内的岩体位错具有明显的非线性特征，使得断层带内不同区域岩土体位移各不相同，穿越断层区隧道结构变形受力的影响愈加复杂。　　本文在四川省自然科学基金项目（No. 2022NSFSC0424）资助下，以西部穿越大型走滑断层隧道作为依托工程，通过资料调研、模型试验、理论推导与数值模拟相结合的方法，在多破裂面走滑断层错动作用下，对隧道结构响应、设防范围与抗减错措施开展研究，论文选题具有重要的科研与实际工程应用价值。论文主要研究内容如下：　　（1）研究了穿越多破裂面断层的隧道结构响应沿纵向的分布规律，得到随着断层错动量的增加，隧道水平位移不断增加，水平位移均呈现 S 型分布特征，且错动引起的隧道变形主要发生在断层区域内。隧道拱腰纵向变形反弯凹陷段与围岩挤压更为明显，凸出段与围岩存在脱离趋势。隧道结构的受力破坏主要集中于两断层错动面附近，断层上盘隧道结构相较于下盘更易被损坏。　　（2）基于Pasternak双参数弹性地基梁，考虑断裂带宽度的影响，引入多破裂面断层破碎带错动的非线性边界位移，推导多破裂面断层错动下隧道结构的纵向响应解析解。并采用数值模拟与模型试验验证了解析解的合理性。　　（3）基于弹性地基梁的隧道结构的纵向响应解析解与梁的应力强度条件，研究多破裂面走滑断层错动下隧道结构的影响分区和设防范围。主要得在错动2.5m（17.1%b隧道有效宽度）条件下，隧道结构沿纵向设防范围为-3.9b~6.3b。将隧道结构受断层走滑错动的影响区域按影响程度具体划分为下盘次要影响区-5.5b ~ -3.9b、下盘主要影响区-3.9b~0、断层错动影响区0~ 2.0 b、上盘主要影响区2.0 b ~6.3 b、上盘次要影响区6.3 b ~8.2 b。　　（4）在多破裂面走滑断层错动作用下，基于弹性地基梁的隧道结构的纵向响应解析，进一步探究关键参数对隧道结构响应的影响规律与影响程度。结果表明，沿上盘-断层错动面错动 2.5m 对隧道结构破坏严重，但纵向影响范围减小。随着断层错动量、地基反力系数k、地基剪切刚度G、隧道结构混凝土等级、围岩条件等参数的增加，隧道结构的受迫响应而增大，沿纵向响应的范围基本不变或减小。六种参数的综合影响顺序为：断层错动量＞围岩条件＞地基反力系数＞断层边界位移＞地基剪切刚度＞混凝土等级。　　（5）基于隧道结构抗错设防范围，研究了二次衬砌加强、减错层、柔性接头等措施对隧道结构响应的影响，结合不同措施的特点提出了多破裂面走滑断层错动下隧道适应性措施。结果表明，在断层错动2.5m时，整体提高二次衬砌的混凝土等级，可以增强隧道的抗拉、抗压及抗错断能力，不易被损坏。采用减错层措施，隧道结构变形光滑，未产生明显错台现象，可明显减小断层面附近的主应力。柔性接头弹性模量为二次衬砌的 1/200~1/40 范围内，隧道结构的变形与受力减小明显。基于隧道结构加固与柔性设计，提出在纵向设防范围内布设合理的隧道适应性措施。

关键词：隧道衬砌走滑断层蠕滑错动结构响应加固措施

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