探析隧道內(nèi)部受力分析實(shí)驗(yàn)及步驟

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1加載力分析

從襯砌狀態(tài)變化來(lái)看，襯砌開裂是最直觀且有效的現(xiàn)象。表5所示為各工況襯砌開裂的加載力和極限加載力(不包含初始200kN的預(yù)壓力)?？梢姡汗r1的加載力最大，工況4的加載力最小，工況2和工況3的加載力相近；對(duì)于極限加載力，工況1的最大，工況2的最小，工況3的較大。憑直觀推斷，襯砌開裂和襯砌的剛度以及混凝土的強(qiáng)度有關(guān)，剛度越大，襯砌開裂的加載力越小，強(qiáng)度越低，加載力也就越??；鋼筋的存在會(huì)有效提高極限承載力，對(duì)于襯砌開裂的影響并不大。通過(guò)襯砌的位移、內(nèi)力及圍巖壓力，可以得到襯砌的狀態(tài)變化規(guī)律。

2襯砌位移

襯砌的拱頂和邊墻的位移具有代表性，所示，位移向洞內(nèi)方向?yàn)樨?fù)。從可見：工況1的斜率最小，工況2和工況3的斜率在開始時(shí)相差不大；隨著荷載的增加，特別是襯砌開裂之后，工況2的斜率增大明顯；工況4在拱頂位移中的斜率最大；在邊墻位移中，開始是最大的，隨著荷載增大逐漸減小。邊墻的位移都呈現(xiàn)出先向洞外位移，然后又轉(zhuǎn)向洞內(nèi)位移的趨勢(shì)。這是由于開始時(shí)，拱頂?shù)暮奢d大于邊墻荷載，拱頂向洞內(nèi)位移較大，襯砌變形協(xié)調(diào)，邊墻向洞外位移；隨著拱頂和邊墻的荷載增加，襯砌變形協(xié)調(diào)不能消除邊墻荷載的作用，會(huì)呈現(xiàn)向洞內(nèi)位移的趨勢(shì)。

3襯砌荷載

襯砌的開裂、破壞與襯砌受到荷載有很大關(guān)系，所示。可見：拱頂襯砌的圍巖壓力并不是隨著加載力的增加而增加，當(dāng)襯砌開裂時(shí)，加載力都有減小的突變，然后，又逐漸增加到1個(gè)最大值后，又開始減小，直到襯砌完全破壞；邊墻的趨勢(shì)與拱頂?shù)南嗨?，只是突變更加明顯，邊墻的圍巖壓力變化壓力比拱頂?shù)拇?，這是圍巖壓力和襯砌變形協(xié)調(diào)共同作用的結(jié)果。從拱頂?shù)膰鷰r壓力可以看出：工況1的壓力斜率最小，工況2，的壓力斜率在開始時(shí)差別不大，隨著加載力的增加及襯砌開裂，工況4的壓力斜率增加速度減??；工況2也在隨后達(dá)到最高點(diǎn)之后減?。欢r3壓力斜率則表現(xiàn)為仍然增大的趨勢(shì)，之后才逐漸減小；邊墻的壓力斜率總體變化趨勢(shì)差不多，但差別明顯。從拱頂和邊墻的最大圍巖壓力可以看出：工況1，2的4的壓力相差不大，工況3的壓力比另外3種工況的大，這是鋼筋網(wǎng)作用的結(jié)果。

4襯砌內(nèi)力

襯砌的內(nèi)力主要有軸力和彎矩這2個(gè)指標(biāo)表征。襯砌拱頂和邊墻是最易于出現(xiàn)破壞的區(qū)域，為此，本文以拱頂和邊墻的內(nèi)力作為主要研究?jī)?nèi)容。軸力的變化趨勢(shì)與圍巖壓力的趨勢(shì)相差不大，邊墻的軸力也存在著襯砌開裂引起的內(nèi)力突然變小的情況；工況1，2和4的極限軸力和極限彎矩都相差不大，工況3的極限內(nèi)力最大。這也是鋼筋網(wǎng)的作用結(jié)果。工況1和工況4的彎矩差別比軸力差別大得多，這是由于工況4的位移比工況1的大。邊墻的彎矩與位移的變化趨勢(shì)一致，先是負(fù)向的，然后又向正向轉(zhuǎn)變。工況1和工況4的差別在彎矩上表現(xiàn)得更加明顯，這是由于工況4的變形更大。從所有工況的彎矩和軸力的比值可以看出：偏心距普遍為0.2cm左右；襯砌的破壞是由抗壓承載力控制的，這也是襯砌結(jié)構(gòu)破壞的特點(diǎn)。

作者:王雪燕單位：四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院