山体塌陷对隧道衬砌结构产生裂缝的影响

摘要：本文应用有限元软件ABAQUS基于山体塌陷对隧道衬砌结构产生裂缝的影响进行计算分析，并探讨衬砌结构的产生和分布特征，旨在探索隧道衬砌结构产生裂缝机理。

关键词：ABAQUS；山体塌陷；计算分析；裂缝

中图分类号： U456.2 文献标识码： A 文章编号：

1引言

随着我国交通事业的迅速发展，铁路、公路的隧道修筑在国内越来越重要，长大隧道工程项目修建也日益增多。然而隧道衬砌在运营时容易产生裂缝等病害，这样就会对隧道工程衬砌结构的安全使用功能造成不利的影响，同事威胁到行车的安全，进而也减小了隧道工程的安全使用寿命。所以衬砌结构产生裂缝的损害机理要进行研究分析，有利于预防及治理隧道衬砌结构产生的裂缝病害具有很好的指导意义。

2 工程概况

某隧道衬砌结构在施工过程中产生多次塌方病害，在运营期间出现了局部山体塌陷，并在隧道衬砌混凝土结构上产生许多裂缝。为了分析导致隧道衬砌产生裂缝的因素，进而对隧道衬砌结构裂缝的预防和治理提供科学的技术依据，本文主要探求某隧道衬砌结构出现裂缝的机理。隧道分为左线和右线，隧道的地质和地形如下：地面的相对高差165米，植被非常茂密，地面高程约在250-400m之间，进出口处地形坡度约在30—45度以内。周围的地质条件极其复杂，洞身段分布有红岩，砂岩质地比较坚硬，且层间偶尔夹带薄层灰岩。右线埋深的最大值为81.2米，左线埋深的最大值为98.1米。

3 计算分析

隧道工程中经常会出现山体塌陷问题，很多情况下，塌陷会严重影响工程的安全性能。本文依据已有文献中山体塌陷冲击力数据，仿真模拟了隧道衬砌结构在山体塌陷后，出现裂缝的位置和区域。

图1中的损伤分布图显示，隧道衬砌结构在山体塌陷的冲击力作用后，拱顶和仰拱的中间范围都产生了较大范围损伤，损伤值大约为0.28，最大值可达0.89，损伤较严重，对隧道衬砌结构的安全性能构成极大威胁。

图2中的最大主应力分布图显示，隧道衬砌结构在山体塌陷的冲击力作用后，拱腰与拱顶均出现纵向压应力，拱脚与拱肩均出现拉应力。

图3中的竖向位移分布图显示，隧道衬砌结构在山体塌陷的冲击力作用后，隧道拱顶产生较大位移。

这几张云图结果显示，山体塌陷的冲击力导致隧道衬砌结构拱顶部位产生很大损伤、应力和位移，且影响范围较大，隧道衬砌结构裂缝产生的主要因素应该是山体塌陷。

图1 损伤分布图

图2 最大主应力分布图

图3 竖向位移分布图

4结语

本文计算的依托工程在施工期间和使用期间都出现山体塌陷问题，基于此问题，采用有限元软件ABAQUS仿真分析了山体塌陷对衬砌结构裂缝产生的影响，计算结果显示，山体塌陷对隧道衬砌结构的拱顶、拱肩、拱腰、拱脚、仰拱均会产生较大影响，因此，在隧道工程的施工中，应该加强对山体塌陷问题的预防和治理工作。

参考文献：

[1] 陈泽魁．公路隧道衬砌混凝土裂缝的成因与防治[J]．广东建材，2005，(08)．

[2] 徐俊祥．混凝土结构的损伤力学分析[Ｄ]．河海大学，2004．

[3] 郑光俊．考虑损伤因素的钢纤维混凝土构件分析[Ｄ]．河海大学，2005．

[4] 伍颖．基于红外成像的混凝土结构完整性评估[Ｄ]．武汉理工大学，2007．

作者简介；

1.白运洲（1984-）男，汉族，河南开封人，长安大学公路学院，岩土工程专业，2011级硕士研究生

2.薛慎骁（1989-）男，汉族，陕西西安人，长安大学公路学院，桥梁与隧道工程专业，2011级硕士研究生