大跨隧道施工力學(xué)行為及襯砌裂縫產(chǎn)生機(jī)理

前言

第一章 緒論

1.1 引言

1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

1.2.1 大跨度隧道國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

1.2.2 襯砌裂縫國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

第二章 不同斷面大跨度隧道的力學(xué)特性

2.1 簡述

2.1.1 巖體自重應(yīng)力

2.1.2 巖體構(gòu)造應(yīng)力

2.2 大跨度隧道基本力學(xué)特性

2.3 不同斷面形式的隧道力學(xué)特性

2.3.1 圓形斷面隧道的應(yīng)力分布

2.3.2 橢圓形斷面隧道的應(yīng)力分布

2.3.3 矩形斷面隧道的應(yīng)力分布

2.3.4 卵形斷面隧道的應(yīng)力分布

2.4 扁平率對大跨隧道力學(xué)特性影響

2.5 仰拱對大跨隧道力學(xué)特性的影響

2.6 小結(jié)

第三章 大跨度隧道圍巖穩(wěn)定性分析

3.1 影響隧道圍巖穩(wěn)定的有關(guān)因素

3.1.1 地質(zhì)及地質(zhì)結(jié)構(gòu)因素

3.1.2 初始應(yīng)力狀態(tài)

3.1.3 巖體力學(xué)性質(zhì)因素

3.1.4 地下水影響

3.1.5 工程因素

3.1.6 時間因素

3.2 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隧道圍巖判別

3.2.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理

3.2.2 梅關(guān)隧道圍巖判別的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)

第四章 大跨度隧道施工方法研究

4.1 大跨度隧道基本施工方法

4.2 大跨度隧道適用施工方法分析評價

4.2.1 全斷面法

4.2.2 臺階法

4.2.3 臺階分部開挖法

4.2.4 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法(眼鏡法)

4.2.5 中壁法(CD工法和CRD工法)

4.2.6 施工方法比較

4.3 大跨度隧道施工輔助措施

4.4 小結(jié)

第五章 隧道施工數(shù)值模擬的思想

5.1 隧道施工過程數(shù)值模擬方法

5.1.1 基本模擬思想

5.1.2 實現(xiàn)卸載過程的具體方法

5.2 數(shù)值模擬計算方法——拉格朗日差分法

第六章 大跨單拱隧道施工力學(xué)動態(tài)數(shù)值模擬與施工方法比選

6.1 Ⅴ級圍巖數(shù)值分析模型概況

6.1.1 Ⅴ級圍巖上下臺階法開挖支護(hù)的動態(tài)數(shù)值模擬

6.1.2 Ⅴ級圍巖上下臺階留核心土法開挖支護(hù)的動態(tài)數(shù)值模擬

6.1.3 Ⅴ級圍巖CD法(中隔壁法)開挖支護(hù)的動態(tài)數(shù)值模擬

6.1.4 Ⅴ級圍巖CRD法(交叉中隔壁法)開挖支護(hù)的動態(tài)數(shù)值模擬

6.1.5 Ⅴ級圍巖雙側(cè)壁導(dǎo)坑法(眼鏡法)開挖支護(hù)的動態(tài)數(shù)值模擬

6.2 Ⅳ級、Ⅲ級、Ⅱ級圍巖上下臺階法和CD法開挖支護(hù)的數(shù)值模擬

6.2.1 Ⅳ級圍巖上下臺階法和CD法開挖支護(hù)的數(shù)值模擬

6.2.2 Ⅲ級圍巖上下臺階法和CD法開挖支護(hù)的數(shù)值模擬

6.2.3 Ⅱ級圍巖上下臺階法和CD法開挖支護(hù)的數(shù)值模擬

6.2.4 兩種施工方法的比較

第七章 大跨連拱隧道施工力學(xué)動態(tài)數(shù)值模擬與施工方法比選

7.1 簡述

7.2 連拱隧道結(jié)構(gòu)斷面形式

7.2.1 連拱隧道結(jié)構(gòu)斷面形式

7.2.2 連拱隧道的開挖方式

7.3 雙連拱公路隧道不同圍巖類別開挖方法的數(shù)值模擬

7.3.1 模型的建立

7.3.2 計算模型的選用

7.3.3 計算范圍的確定

7.3.4 圍巖參數(shù)的確定

7.3.5 噴射混凝土參數(shù)計算及模型受力計算

7.3.6 Ⅴ級圍巖中雙聯(lián)拱隧道施工數(shù)值模擬分析

7.3.7 Ⅳ級圍巖中雙聯(lián)拱隧道施工數(shù)值模擬分析

7.3.8 Ⅲ級圍巖中雙聯(lián)拱隧道施工數(shù)值模擬分析

7.3.9 Ⅰ級、Ⅱ級圍巖施工方法的選擇

第八章 爆破震動對隧道的結(jié)構(gòu)影響分析

8.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與進(jìn)展

8.1.1 理論研究

8.1.2 經(jīng)驗判據(jù)法

8.1.3 其他判據(jù)

8.1.4 現(xiàn)狀概述

8.2 爆破震動對單拱隧道的結(jié)構(gòu)作用能量機(jī)制的數(shù)值分析

8.3 爆破震動對連拱隧道的中隔墻結(jié)構(gòu)影響分析

8.3.1 隧道的工程概況和地質(zhì)情況

8.3.2 動力分析模型及參數(shù)選定

8.3.3 爆破加載模型的確定

8.3.4 計算結(jié)果

第九章 隧道襯砌極限荷載分析

9.1 隧道襯砌上的極限圍巖壓力

9.1.1 非均質(zhì)巖體強(qiáng)度

9.1.2 傾斜層狀巖層中隧道極限圍巖壓力

9.2 襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算

9.2.1 計算模型

9.2.2 拱圈襯砌內(nèi)力

9.2.3 邊墻內(nèi)力及變形

第十章 襯砌開裂機(jī)理及其承載能力分析

10.1 裂縫機(jī)理分析

10.1.1 黏結(jié)一滑移法

10.1.2 無滑移法

10.1.3 綜合分析

10.1.4 縫寬度計算

10.2 斷裂理論分析開裂襯砌的穩(wěn)定性

10.2.1 混凝土斷裂理論

10.2.2 受拉伸的Griffith裂紋

第十一章 隧道襯砌裂紋的整治措施

11.1 襯砌裂紋的整治原則

11.2 加固圍巖的整治措施

11.2.1 錨固注漿法

11.2.2 深孔壓漿法

11.2.3 支擋加固和治水穩(wěn)固圍巖

11.3 加固襯砌的整治措施

11.3.1 噴錨加固裂損襯砌

11.3.2 嵌補(bǔ)襯砌裂紋

11.3.3 鋼筋混凝土套拱

11.3.4 拆除重建法

11.3.5 隧道底部加固

11.3.6 增設(shè)仰拱

11.4 小結(jié)

參考文獻(xiàn) 2100433B

大跨度隧道施工力學(xué)行為及襯砌裂縫產(chǎn)生機(jī)理是困擾隧道科技工作者的一個難題。作者借助于數(shù)值分析，針對工程中常見的II、III、IV和V級圍巖中大跨度單拱和邊拱隧道施工的力學(xué)行進(jìn)行了較深入研究。通過研究得到了不同級別圍巖中大跨度隧道的合理開挖順序。隧道滲透水是影響隧道安全運營和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的主要不利因素，而初砌開裂是引起滲漏水的主要原因。本書結(jié)合沙壩隧道分析了傾斜巖層中襯砌開裂機(jī)理及其承載能力，并提出了相應(yīng)的處治措施。

本書通俗易懂，實用性強(qiáng)，可供隧道工程界的工程技術(shù)人員、科技人員及高校師生閱讀。

前言

第一章　緒論

第二章　不同斷面大跨度隧道的力學(xué)特性

第三章　大跨度隧道圍巖穩(wěn)定性分析

第四章　大跨度隧道施工方法研究

第五章　隧道施工數(shù)值模擬的思想

第六章　大跨單拱隧道施工力學(xué)動態(tài)數(shù)值模擬與施工方法比選

第七章　大跨連拱隧道施工力學(xué)動態(tài)數(shù)值模擬與施工方法比選

第八章　爆破震動對隧道的結(jié)構(gòu)影響分析

第九章　隧道襯砌極限荷載分析

第十章　襯砌開裂機(jī)理及其承載能力分析

第十一章　隧道襯砌裂紋的整治措施

參考文獻(xiàn) 2100433B

該書借助于數(shù)值分析，針對工程中常見的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ級圍巖中大跨度單拱和邊拱隧道施工的力學(xué)行進(jìn)行了較深入研究。結(jié)合沙壩隧道分析了傾斜巖層中襯砌開裂機(jī)理及其承載能力，并提出了相應(yīng)的處治措施。

半剛性基層瀝青路面由于具有強(qiáng)度高、造價低、整體性及水穩(wěn)定性好等優(yōu)點，在我國公路建設(shè)中得到了廣泛的運用；但半剛性基層在運營期間易產(chǎn)生干縮裂縫和低溫收縮裂縫，在交通荷載和溫度荷載的重復(fù)作用下，半剛性基層的這種收縮裂縫很容易擴(kuò)展到瀝青面層而形成反射裂縫。反射裂縫一旦產(chǎn)生，不僅影響路面的美觀和行車舒適性，更重要的是大大的縮短了路面的使用壽命。關(guān)于瀝青路面斷裂分析的理論及抗裂，國內(nèi)外已開展了大量的研究工作。由于斷裂力學(xué)較好的反映了結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在的裂縫之類缺陷，因此在路面反射裂縫的分析方面得到了較好的應(yīng)用。目前采用斷裂力學(xué)對反射裂縫的研究主要集中在縫端應(yīng)力狀態(tài)及縫端應(yīng)力強(qiáng)度因子的計算上，通過對比不同防裂措施及材料的縫端應(yīng)力或應(yīng)力強(qiáng)度因子對防裂效果進(jìn)行計算比較：而對疲勞壽命的計算及疲勞壽命與路面結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系研究較少。可以采用斷裂力學(xué)有限元模型，通過疲勞斷裂分析，對溫度荷載作用下疲勞斷裂壽命進(jìn)行了計算；同時對不同面層厚度和模量情況下疲勞斷裂壽命進(jìn)行了計算比較，為防裂材料和防裂結(jié)構(gòu)的選擇提供了理論依據(jù) 。

由于舊水泥混凝土路面板接、裂縫處不能承受拉應(yīng)力和剪應(yīng)力，所以裂縫和接縫頂面的瀝青罩面層最容易受到損傷，因此反射裂縫一般情況下與舊水泥混凝土板的裂縫和接縫相對應(yīng)。如果瀝青罩面層與舊路面板之間有較好的粘結(jié)性能那么造成反射裂縫可能有如下兩種情況：

1.反射裂縫是舊路面上裂縫處應(yīng)力集中作用的直接結(jié)果，集中的應(yīng)力使得裂縫直接擴(kuò)展進(jìn)入罩面層。一般認(rèn)為，反射裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展是由于舊水泥路面板的移動所造成的，而這些移動又主要來源于溫度變化、行駛車輛及兩者的綜合作用。由溫度變化引起的反射裂縫常常稱之為溫度型反射裂縫，相應(yīng)地由行車荷載引起的反射裂縫稱之為荷載型反射裂縫 。

溫度型反射裂縫：外部環(huán)境對混凝土路面溫度的影響可以按日變化溫度和年變化溫度來考慮。在年變化溫度作用下，由于作用周期較長，瀝青罩面層的頂面與底面溫度較接近。在寒冷的季節(jié)，舊混凝土板產(chǎn)生收縮變形，在瀝青罩面層內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力；在炎熱的夏季，舊混凝土板膨脹，在瀝青罩面層中產(chǎn)生壓應(yīng)力。在日變化溫度作用下，瀝青罩面層頂面溫度變化較大，底面溫度變化較小，使瀝青罩面層出現(xiàn)翹曲變形。隨著溫度的下降，在罩面層頂面產(chǎn)生拉應(yīng)力，底面產(chǎn)生壓應(yīng)力。溫度變化越大、越快，產(chǎn)生的應(yīng)力越大，罩面層越容易開裂。

荷載型反射裂縫：當(dāng)汽車荷載駛經(jīng)接縫時，可分為3個過程：①軸載位于接縫一側(cè)時，接縫兩側(cè)產(chǎn)生較大的相對位移，在罩面層中造成較大的剪切應(yīng)力；②軸載位于接縫頂面時，兩板無相對位移或相對位移較小，罩面層主要承受彎拉應(yīng)力作用；③軸載駛離接縫時，在罩面層內(nèi)產(chǎn)生與第一次方向相反的剪切應(yīng)力，在整個過程中罩面層受到兩次剪切一次彎曲，而且是連續(xù)的。如果接縫處設(shè)有傳力桿，基層剛度大且無脫空，那么上述3個過程區(qū)分不明顯 。

2.當(dāng)通過某種方式消除了舊路面板上接裂縫應(yīng)力集中的影響，接裂縫的第二個“作用”就是在車輛荷載的作用下使罩面結(jié)構(gòu)在裂縫處產(chǎn)生最大的彎沉，相應(yīng)地在罩面層中產(chǎn)生最大的應(yīng)力，從而使接裂縫頂部的瀝青罩面層成為反射裂縫產(chǎn)生的最可能部位 。