大断面隧道仰拱底鼓破坏模式

来源：中国血液净化杂志2018年第10期北京时间：

作者：杜明庆, 张顶立, 王旭春, 管晓明, 曾柯涵, 周秋爽

单位：1. 青岛理工大学 土木工程学院, 山东 青岛 266033;2. 北京交通大学 隧道及地下工程教育部工程研究中心, 北京 100044

摘要：仰拱作为隧道重要的组成部分，其底鼓变形是影响路面及轨道平顺性的关键因素，与车辆的安全运行息息相关，为确定大断面隧道仰拱底鼓的基本破坏模式，弄清仰拱底鼓产生机理，采用室内模型试验与扩展有限元数值模拟相结合的方法，对不同加载模式下仰拱底鼓的基本破坏模式进行研究，将试验结果与扩展有限元结果进行比较，验证试验中破坏模式的准确性。将围岩压力分为底部受力占优，侧面受力占优以及底部和侧面受力同时占优3种情况，以确保模型试验加载方式的可靠性，并对其破坏机理进行分析。研究结果表明：大断面隧道仰拱底鼓破坏的基本模式可以分为U-W形破坏、U-LJ形破坏以及U-H形破坏3种；U-W形底鼓时仰拱底部承受较大的顶升力，引起仰拱隆起变形，以仰拱中心受弯破坏为主，仰拱两侧拱腰处与上部衬砌相连，对其隆起有一定的阻碍作用，导致中心部位隆起速度明显高于两侧，最终形成W形的破坏形态；U-LJ形破坏时仰拱承受较大的水平轴力，导致仰拱出现剪切破坏，最终形成W形的破坏形态；U-H形破坏时仰拱在底部和侧面荷载的挤压下，仰拱与边墙的连接部位受剪破坏，无法有效传递轴力，最终导致仰拱与边墙脱开；仰拱中心以及仰拱与边墙连接部位为仰拱的易损薄弱位置；研究成果可为隧道仰拱结构的设计和施工提供理论依据，对保证隧道的安全运营具有重要意义。

关键词：隧道工程,底鼓模式,模型试验,扩展有限元,大断面隧道,隧道仰拱

基金资助：国家自然科学基金重点项目（51738002）；国家重点研发计划项目（2017YFC0805401）；山东省高等学校科技计划项目（J18KA194）；山东省自然科学基金项目（ZR2016EEB27）