高溫高濕氣候下隧道洞口段圍巖（襯砌）熱濕應(yīng)力分析.pdf

1、我國地域遼闊，氣象與氣候的南北差異性大，出現(xiàn)了典型的高寒干旱、高溫高濕氣象與氣候區(qū)域，如廣東、湖南、廣西、福建等地，全年積溫較高，濕度較大，這些地區(qū)擁有全國近50％的鐵路、公路隧道，隧道洞口段長期處于這種高溫高濕的環(huán)境下，圍巖和襯砌加速劣化，容易形成慢性病害。針對問題，本文開展了巖石熱濕力學(xué)理論探索，進(jìn)行熱、濕單因素和共同作用的巖石熱濕應(yīng)力求解及公式推導(dǎo)，并開展了高溫-高濕引起裂隙擴(kuò)展分析，并結(jié)合廣深港高鐵隧道為例進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)值分析，主要

2、工作和成果如下:
　　1.根據(jù)氣候的溫度場和濕度場及巖石熱傳導(dǎo)方程，計(jì)算了氣候溫度影響下圍巖內(nèi)三維溫度場的分布情況;研究了圍巖內(nèi)溫度隨著氣候溫度的變化規(guī)律，并研究了溫度作用下，濕度的擴(kuò)散規(guī)律，隨著溫度和濕度的增加，擴(kuò)散范圍增大。
　　2.由彈性力學(xué)推導(dǎo)分析了考慮溫度效應(yīng)的圍巖體的熱彈性本構(gòu)方程，采用熱應(yīng)力強(qiáng)度因子，計(jì)算了裂隙尖端的應(yīng)力場和位移場;考慮到巖體內(nèi)裂隙的的隨機(jī)分布，通過坐標(biāo)系變換技術(shù)計(jì)算了任意方向裂隙尖端的應(yīng)力和位

3、移。針對隧道洞口及環(huán)境氣候條件，基于熱源等效半徑概念，有效的分析了氣候溫度對圍巖內(nèi)增溫區(qū)的影響，發(fā)現(xiàn)熱應(yīng)力作用時(shí)巖石裂隙的分布方向?qū)ζ浼舛藨?yīng)力場的影響較大，當(dāng)裂隙延展方向與隧道縱向夾角在45°內(nèi)時(shí)，尖端應(yīng)力最大，此時(shí)裂紋有沿著尖端應(yīng)變能最小的方向擴(kuò)展的趨勢，且裂紋尖端塑性區(qū)隨著溫度的增加而擴(kuò)大。
　　3.結(jié)合溫度場和濕度場的相互作用，分析了巖體內(nèi)考慮溫度影響的濕度擴(kuò)散規(guī)律，在巖石的彈塑性本構(gòu)理論基礎(chǔ)上，分別推導(dǎo)了氣候溫度-濕度作用

4、下各因素引起巖體的應(yīng)變，由增量理論推到了溫度-濕度-應(yīng)力相耦合的增量型單一裂隙巖石熱-濕應(yīng)力本構(gòu)方程。根據(jù)某工地的實(shí)測參數(shù)，計(jì)算了不同方向裂隙的熱濕應(yīng)力，對比理論計(jì)算結(jié)果和實(shí)測數(shù)據(jù)，總結(jié)溫度、濕度場作用下不同方向裂隙尖端的應(yīng)力場變化規(guī)律。
　　4.基于氣候高溫、高濕場下單裂隙的熱濕應(yīng)力分析，分析計(jì)算了氣候溫度-濕度場下雙裂隙之間相互影響的應(yīng)力場。結(jié)合算例發(fā)現(xiàn)了雙裂隙在溫度、濕度下的相互影響下的應(yīng)力變化規(guī)律。
　　5.隧道洞口

5、段受環(huán)境高溫-高濕影響最為顯著，建立了隧道洞口段軟弱圍巖的熱濕應(yīng)力分析模型，對該模型在不同情況下進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，計(jì)算了溫度場或溫度-濕度場作用下，模型當(dāng)中無裂隙、單一裂隙、兩條平行裂隙（近距離和遠(yuǎn)距離）、兩條交叉裂隙（近距離和遠(yuǎn)距離）的應(yīng)力場和位移場;以裂紋尖端彈塑性邊界線可以確定雙條平行裂紋的應(yīng)力影響范圍;并計(jì)算分析了單一裂隙在溫度場或溫度-濕度場作用下35年的應(yīng)力狀態(tài)及變形。
　　6.針對高溫、高濕環(huán)境下隧道襯砌的開裂現(xiàn)象，進(jìn)行