局部空洞（局部荷载）作用下连拱隧道衬砌裂缝仿真分析局部空洞(局部荷载)作用下连拱隧道衬砌裂缝仿真分析陈达才(广东省高速公路江肇筹建处,广州510400)摘要:基于对国内外已建连拱隧道的病害调查分析,隧道衬砌裂缝多为局部空洞引起.因此,针对局部空洞现象,利用大型通用有限元软件ANSYS进行计算,重点对衬砌裂缝的形成和发展进行分析,得出不同部位出现空洞时,其裂缝发生部位和衬砌结构最不利的结构受力情况,可为连拱隧道设计,施工及维修管理提供参考.关键词:连拱隧道;局部空洞;裂缝;数值仿真:1009—6477(2010)o4-0109—05:U459.2文献标识码:ASimulationAnalysisofLiningCracksinMulti—archTunnelsunderActionofPartialCavity(PartialLoad)CHENDacaiAbstract:Basedoninvestigationandanalysisofestablishedmulti-archtunnelsathomeandabroad,mostoftheliningcracksintunnelsarecausedbypartialcavities.Therefore,aimingatthepartialcavities,thispapercarriesoutcalculationsbymeansoflarge-sizeduniversalfiniteelementsoftwareANSYS,empha—sizingonanalysisofformationanddevelopmentofliningcracks,andacquirestheworststructuralstress-canprovideareferencefordesign,constructionandmaintenancemanagementofmulti—archtunnels.Keywords:multi—archtunnel;partialcavity;crack;numericalsimulation在山区高等级公路中,由于路线选线困难或受其它因素影响,连拱隧道修建的数量日渐增多,但目前已建成的一些连拱隧道存在较多问题,大部分隧道建成后不久即出现各种裂缝,有些甚至在施工中就已经出现.原因较多:首先是连拱隧道设计施工经验不足,其次是设计理论不成熟,再就是连拱一些研究已涉及到连拱隧道病害及其产生的原因,但多数只是停留在对病害现象的总结上,很少对病害产生过程及其与施工过程的关系进行系统分析,内外已建连拱隧道病害的调查分析,衬砌裂缝多由局部空洞引起.因此,本文针对该现象研究其病害产生的原因和机理,并据此提出相应的对策,可为连拱隧道的病害整治提供理论依据,为未来连拱隧道设计与施工技术的改进与提高奠定基础.1局部空洞(局部荷载)下连拱隧道衬砌裂缝模拟收稿日期:2009—12—14作者简介:陈达才(1976一),男,广东省阳江市人,本科,工程师方法01连拱隧道衬砌中出现回填不密实,产生局部空洞或局部荷载是一种普遍现象,故对局部空洞或局着重进行局部空洞作用下隧道裂缝的仿真模拟,主要针对广乐高速公路某连拱隧道的右洞衬砌外拱顶荷载(P,荷载),右洞衬砌内拱顶荷载(P4荷载)以及其它部位荷载局部不存在时裂缝的产生和发展情荷载作用下裂缝的仿真模拟是将荷载分成6个部分来模拟,即当该处出现局部空洞时,此处围岩与衬砌的接触荷载不存在进行模拟裂缝的产生发展情况,具体荷载分布见图1.2计算模型隧道衬砌裂缝仿真模拟采用结构分析中非线性非线性分析中,具备裂缝分析功能的是非线性材料110公路交通技术2010盎图1加载断面的混凝土,对应于混凝土材料单元是三维8节点的钢筋或无钢筋的三维实体单元,这种实体单元能模个节点,每个节点有3个自由度,分别是X,Y,z方向的位移.混凝土材料模型主要用来模拟裂缝,屈服准则为:0.式中,F为基本应力状态下(,try,)的应力函数;S为由基本应力和5个输入参数,.厶,.确定的屈服面;.为材料的单轴抗压强度;,try,or,分别为X,Y,z方向上的基本应力;.为材料单轴抗拉强度;.为双轴抗压强度.,分别为与有关的参数,is:1.2f~=1.4,=1.725it.在结构分析中,如果材料不满足屈服准则式结构中主应力只有拉应力,则出现拉裂缝;如果主应力都是压应力时,材料产生压碎破坏.因此,模拟隧道衬砌混凝土裂缝的参数主要包括混凝土材料的单轴抗拉强度和抗压强度.根据上述建模方法和思路,可建立有限元计算模型,见图2.裂缝模拟时对几个关键点进行跟踪观察,如图3所示,其中主要包括左洞衬砌与中墙的外交接点4541,右洞衬砌与中墙的外交接点441,左洞衬砌与中墙的内交接点4547,右洞衬砌与中墙的内交接点448,左洞衬砌拱顶点7841,右洞衬砌拱图2隧道整体计算模型网格节点9744节点6868节点2741图3隧道荷载计算时跟踪观察点位置顶点841,左洞衬砌外墙脚点9744,右洞衬砌外墙脚点2741等.3局部空洞...