【摘要】：深埋山嶺隧道在穿越富水區(qū)時(shí)，隧道襯砌都不可避免的承受高水壓的作用，尤其是堵水型排水方式。在高水壓作用下，混凝土襯砌損傷劣化機(jī)理較之其他載荷作用下有諸多的不同。承高水壓山嶺隧道混凝土襯砌滲流、應(yīng)力和損傷之間存在顯著的耦合作用，水壓滲透作用對(duì)混凝襯砌的損傷產(chǎn)生不可忽略的影響。本文的研究工作主要如下： ①依據(jù)構(gòu)成一個(gè)科學(xué)合理的損傷理論的四個(gè)組成部分，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理進(jìn)行分析闡述；從宏細(xì)觀對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理進(jìn)行分析，基于典型的混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的損傷演化發(fā)展階段進(jìn)行劃分，劃分為線彈性階段、非線性強(qiáng)化階段、應(yīng)力跌落階段和應(yīng)變軟化階段；細(xì)觀上認(rèn)為混凝土結(jié)構(gòu)的損傷與其不均勻性和硬化過(guò)程中的失水收縮具有強(qiáng)相關(guān)性。 ②對(duì)于水壓滲透作用下，通過(guò)對(duì)混凝土的滲透性能、水在混凝土裂隙系統(tǒng)中的滲流規(guī)律以及水和混凝土之間的相互作用對(duì)混凝土的滲流場(chǎng)進(jìn)行研究，并提出混凝土裂隙系統(tǒng)的初始滲透系數(shù)的計(jì)算公式。從宏細(xì)觀上對(duì)混凝土的滲透性能進(jìn)行分析，并依據(jù)典型的應(yīng)力應(yīng)變曲線對(duì)混凝土滲透系數(shù)的變化劃分四個(gè)階段，分別為彈性壓密階段、壓密穩(wěn)定階段、塑性突跳階段和軟化平穩(wěn)階段；建立滲流-應(yīng)力耦合模型和滲流-損傷耦合模型對(duì)水壓滲透作用下混凝土結(jié)構(gòu)的損傷特性。 ③基于對(duì)深埋山嶺圓形隧道襯砌的平面應(yīng)變假設(shè)，采用了外水壓力折減系數(shù)計(jì)算法計(jì)算外水壓力，建立了外水壓力在混凝土襯砌中的分布計(jì)算公式；提出了襯砌內(nèi)水壓力的計(jì)算公式。通過(guò)雙標(biāo)量表征損傷場(chǎng)變量，建立混凝土結(jié)構(gòu)彈塑性損傷模型，通過(guò)對(duì)平面極坐標(biāo)公式建立襯砌滲流-應(yīng)力-損傷耦合模型，基于前人的研究，修正了三場(chǎng)耦合的控制方程；并通過(guò)ABAQUS有限元數(shù)值分析軟件對(duì)模型進(jìn)行分析和驗(yàn)證，該模型可用于混凝土襯砌的損傷判定，，為隧道襯砌維護(hù)提供技術(shù)支持。
【圖文】：

是水泥砂漿收縮的不均勻性造成砂漿裂紋。圖 2 混凝土循環(huán)加載試驗(yàn)應(yīng)力-應(yīng)變曲線示意圖2.1.2 損傷宏觀分析混凝土損傷的宏觀發(fā)展過(guò)程可以結(jié)合考慮損傷的混凝土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系及細(xì)觀裂紋的發(fā)展來(lái)分析。不論混凝土受到怎樣的載荷（拉、壓、剪、扭或它們之間的組合）其典型的混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線都類似如圖 3。在加載條件下，混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線一般都會(huì)經(jīng)歷四個(gè)階段[66]：彈性階段（OA）、非線性強(qiáng)化階段（AB）、應(yīng)力跌落階段（BC）和應(yīng)變軟化階段（CD）。損傷也隨著四個(gè)階段發(fā)展演化累積。依據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變曲線的發(fā)展相應(yīng)分為四個(gè)階段[95]：彈性損傷階段（OA）、損傷演化階段（AB）、損傷快速累積階段（BC）和損傷平緩累積階段（CD）。① 彈性階段（OA）的損傷應(yīng)力 小于臨界應(yīng)力c 時(shí)，混凝土 曲線為 OA 段的上升斜直線，應(yīng)力應(yīng)變是線性關(guān)系，在混凝土加載的起始 O 點(diǎn)，存在初始損傷0D ，在 OA 段混凝土內(nèi)部的微缺陷有所發(fā)展但是限度很小，幾乎可以和初始損傷相當(dāng)。這一階段混凝土力學(xué)性能幾乎不改變，微裂紋的變形時(shí)可恢復(fù)的彈性變形，損傷也是可恢復(fù)的彈性損傷。A 點(diǎn)的界定在學(xué)術(shù)界存在爭(zhēng)議，一般認(rèn)為 A 點(diǎn)在峰值應(yīng)力f 的 70%左右[95]。② 非線性強(qiáng)化階段（AB）的損傷該階段混凝土 曲線仍然是處于上升階段

圖 3 典型混凝土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線圖3 損傷細(xì)觀分析混凝土材料的損傷機(jī)理與其組成的材料的性質(zhì)有很大的關(guān)系，其損傷機(jī)在幾何上是通過(guò)宏觀變形體現(xiàn)出來(lái)的。在載荷的作用下，其內(nèi)部微缺陷發(fā)展，當(dāng)卸除載荷時(shí)，材料的變形并不能完全的恢復(fù)到原始的狀態(tài)，形形。所以，考慮損傷的混凝土材料的變形和其他的脆性材料一樣具有彈兩個(gè)部分�；炷帘旧韮�(nèi)部的微缺陷在外載荷的作用下不斷的發(fā)展演化力的增加，當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí)微裂縫擴(kuò)大、貫通形成宏觀開(kāi)裂。這一過(guò)傷部位逐漸喪失承載力的過(guò)程�；炷恋膿p傷過(guò)程也是混凝土微裂紋的、擴(kuò)大甚至貫通形成宏觀開(kāi)裂的過(guò)程�；炷潦堑湫偷亩嘞鄰�(fù)合脆性人工材料，主要組成成分為水泥砂漿和骨土及其結(jié)構(gòu)的損傷貫穿混凝土澆筑成型到服役運(yùn)營(yíng)的整個(gè)過(guò)程。細(xì)觀上的損傷破壞主要有兩個(gè)方面：① 在澆筑成型養(yǎng)護(hù)硬化過(guò)程中，由于水泥水作用以及骨料的不均勻性等，混凝土內(nèi)部出現(xiàn)微孔隙、微裂紋等微缺，骨料和水泥砂漿之間的膠結(jié)由于泌水失水形成界面裂紋。② 在外界環(huán)
【學(xué)位授予單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：U451.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2546565