摘要:軟巖具有蠕變特點,即強度隨時間下降。本論文中，采用cundall提出的可精確模擬塑性流動和大變形的有限單元方法建立在地面壓力作用下由于軟巖塑性變形產生的隧道襯砌強度下降的模型，由佐藤提出的通過建立由于蠕變造成的軟巖強度下降和評價塑性區域的模型方程，被運用于研究在不同時間、不同加固方法的各種效應。關鍵詞：蠕變變形預測加固方法隧道1．介紹軟巖特點不僅包括應變軟化和擴張，而且包括蠕變和強度下降，在日本，大部分公路隧道和鐵路隧道建造在軟巖中，其中有些隧道在襯砌修建后產生由于蠕變造成的作用在隧道襯砌塑性區上的地面壓力,就象推動周圍巖土體進入隧道內側一樣。這種地面壓力叫做塑性壓力(日本土木工程師學會,2003)，能造成隧道襯砌變形,裂縫和剝落破壞。研究表明，這種塑性壓力源于在挖掘區的塑性區域的蔓延和土體力學性能的變化，即地面塑性領域力學性質的變化。此外，列舉出對于使隧道襯砌破壞的另一個因素。在這種情況下，加強隧道變形的監測，如控制輪廓內空間變形，并確保必要的內截面尺度。因此，有必要預測水平變形，有必要進行維修工作，變形位置的確定，在設計階段最好的對策是作好量測工作。經過加固工作后，也需要勘測它內部隨時間的變形效應．上面提到的有效的預測與評價，所需機制的目標現象非常好理解。因此，有必要建立適當的地面和襯砌的力學模型，并基于這種模模型來執行數值分析，可以準確地再現真實隧道的力學性能。但是，過去的研究結果，不僅受到地質資料的限制，也很少用于變形預測。在這項研究中，從襯砌的預防和保護出發，重點放在塑性壓力上，對考慮地面強度下降，蠕變和襯砌強度下降的隧道變形進行了研究。它還旨在發展支護體系，在有關加固工作的判斷基礎上，改變內空間位移隨時間變化而獲得的數值分析。雖然只是一些細節部分，這種方法仍能完整預測變形，在未來這一方法可以幫助工程師找出合理管理和維修的期限。2．強度下降的蠕變模型隧道開挖可視為一個低速的平穩過程，因此,開挖后源于蠕變的變形,也被認為是主要受蠕變影響的破壞，蠕變破壞是一種在一定時間內、在一個固定荷載作用下變形逐漸進行的一種破壞現象。這一現象也可看作是一個強度隨時間變化而降低的過程。巖體的框架結構破壞是一個(尤其裂紋等)由于水分而逐步腐蝕(應力腐蝕)，最后破壞的過程。隧道的大變形被認為是基于這種機制而造成破壞的過程，佐藤和龜村等推薦以下方程來描述巖石強度的蠕變過程，如下(佐藤,87-88紘,N從龜村,k.1983).這里,λ是一個常數,表明強度惡化速率的常量.R是在這種壓力狀態下破壞線的漸近線。盡管如此，在這個式子中，可以看出，蠕變僅僅出現在在強度下降的時段，僅僅考慮強度的蠕變效應，因此，破壞作用采用一個強度下降的混合速度。是一個空間量，包括巖石構造或避免環境腐蝕的破壞值。在控制水分含量壓縮測試中，仿真結果表明：由于水分含量的增加而強度下降，這是預測的依據。圖(1)顯示了在無恒載荷試驗下破壞時間的預測。從巖石測試中證明，由于壓縮指數升幅低于抗壓強度，造成所需的時間的增加。而方程式(1)在一定程度上也表達了這樣的傾向。圖1.應力比和分隔時間，無恒載荷試驗3.選擇加固方法對于隧道的加固方法，抑制襯砌內在空間位移的進程并確保必要的內部斷面(建筑限制)是最重要的要求，一般來說，經過加固工作后，通過測量變形隨時間的變化確定補強效果，所以，很需要在設計階段探討抑制位移的效應的方法。本文考慮補強效果、可操作性、經濟，從不同的應對方法中選取內襯法、內加固工程(碳纖維薄板法,鋼板聯合法)以及回填法分析對象。當選擇一個合適的方法時，重要的是要詳細的調查和研究變形的原因，地面壓力、結構和隧道襯砌等，并深入了解這些方法的特點。每一種方法的概述如下：(1)內襯法內襯法已作為目前一種應對變形隧道的工法。內襯法常被用來應對由于滲漏、凍害和地面壓力襯砌破壞，噴漿法是內襯加固方法的一種，根據慣例，用薄噴砼，但這帶來了一個問題，就是混凝土與襯砌粘合和噴漿不足，而且，噴漿材料易于破壞，脫落事故經常發生。最近，噴射厚度已降至約10mm大小，并鋪設鐵絲網和使用補充高分子的材料，這能有效抵抗彎矩和防止脫落。但是，由于耐久性等，這些已鋪好的材料約10年后就不能用了。從這些觀點中，鋼纖維混凝土，是目前使用的趨勢。饑2桃)化碳纖維薄偽板溪加固方法敵碳纖維薄臺板炒加固方法柴使估用獵很逼薄協的堂碳纖維孔板茫,雷因此赴，剃在眾多的蹦應對科襯砌惡化竟的方法中路，韻節它減少筆的瓦內部截面涌最小肝。計這種方法床非常簡單主，不需要段重型機械戒等梁，眾庫它運只鏡需要幾個如工人形，麗建造周期側短側。置這種方法師的味材料重量熱輕詢，羊易于運輸詢和建造事。尸映此外股，洗基于纖維斬強度特性努，竹這種方法軌可以有效習抑制淚膨脹的鋼彎曲裂縫吉，疼因此可以稱取得較高傲的實用加洽固建效應。室碰因為這種待方法僅使招用光纖紋，不會迫產生銹揭蝕。盯榆但是鄭，遼應該看到悉，岡這種方法梳不好的地均方沖是不能抑榨制移壓縮力紡，淋其材料都企是易燃物崖品曲，甜陸而當混凝狡土強度小格是造成口破壞的原筍因時，勵這種方法這不能針起到很好甲的效果。扣一般來推說只,霜訴隧道層數粱是徑斧向和軸向躍之一彎，用同時兩層踩重疊核，已在相互正沉交的方向館。康(3陪)交鋼板聯合謙法釣鋼板聯合艇法尤是在慎襯砌表面倉打下鋼板頓，耳以提高襯燥砌灘的強度妙。擺袍這種方法墓，棉有襯砌所燈需的幾個堤鋼板和錨繪桿應安裝協的茶固定鋼板凱。幻聚因此雕，與交碳纖維薄棕板法齊相太比雖然失慧去內截面仰，奧與其他加奸固方法嗚相比較液是比較小佛。倘這種方法倡不僅能有丑效地防止嶺脫落河，扒疤而且優勢金在于酒以鋼板支渠持襯砌內聞部拉應力敏，旬奮并抑制開凱口彎曲裂化縫薯。斗氏然而說，乒歲應注意相錦比碳纖維再薄板細，儲鋼板雜是榴十分重廉的，府這就限制目了其淺可用性，蕉假如缸混凝土強泳度小間，糠其效果就杠會下降偶，而且要蠅定期爸刷蜘油歡漆嗽,析以防止鋼扒板腐蝕丸。刷鋼板孫還是仗導電品體綱.門。塔一般來說文，仁因為并不馳需要高強衰度鋼材用諷于加固吼，冷ss4導0央0勞建議用環鐵氧樹脂粘定結鋼板英。酸(增4)作回讀填盟法渴悠建造禍的在隧道襯砌冠與天然地壩面肌粘貼喚緊議密求是非常重負要的棕，這可迅使負載均住勻伐。止然而理，框地下隧道賴的山修猛建廣泛采溪用隱新懶奧陵法的舊板樁法算使巖石羊襯蝕砌如之間孔洞撐常常如存在，仰在這些隧誤道鮮中，移部分襯砌撞有智不籃均勻的駱荷載箭，僻因為這些展空隙和路誓基不能唯產生足夠煤的嚇應貍力，班回因此析，薯有必要渡采用蘭回填版方法富作為一項駝基本對策堂。蜜音在一些較葬新的隧道百中盞采用暗挖朝法同代替辭鋼板樁法堆，或因為相比廉板樁法欲，并噴漿使用己的混凝土姥能盛確保永很好的匯粘附斷巖土體諷和掠襯砌的透空洞曬，晨所以很少抹需要回填電。辨乎然而只，強在初始階鼠段魯，除城暗挖外西，猾還有一些洪隧道你，左采用板樁扔，治寧按施工方廟法可能產貿生襯砌渠與柜噴混凝土鍵之間材的表空隙未。芝許多情況勇下葬，在劑空洞上進穿行充填的柔條件是很蘆難把握的功。據謹調查翼，仁在一個適芬當的區間覺調查和空測隙范圍的崖規模是一么個很好的撇方式儀。銅支最近迫，虎一些非破課壞性的調嬌查技術蔽，過可有效探京測廣闊桶的暴范圍杏，喜朱如已用于臉實踐聲的扒電磁眼波斧(席地面探測灰雷扎達高)漏、然超聲波璃。惜注漿材料跪所扮演的腫角色津，是均勻受地論傳輸晶作用在覺襯砌寇上的腦地面壓力蓮。傅聲因此司，葛亭有必要樣使用游灌漿材料皆填補這一催空隙擇使地面和敬襯砌可加以儉緊密地結掀合起來活，蹲而和作用效應悉可以充分父傳遞，紋灌漿材料氧應根據空絕隙大小和啞水呈份仿條件等仔竄細選擇才。帆庭一般來說貢，季水泥是目述前申常使用的擠灌漿材料繪。屑4順.噸考慮俱蠕變的變很形練分析絨4.糊1趟解析模型路及變形仿烈真程絞序淚專在這一章體中徒，將介紹籠考慮巖體怖強度蠕變混和襯砌破風壞的隧道藝變形模擬甲。宵它在這里培，務衛以假定建底在軟巖鋤中、倒復橋蓋尸10思0招米斜的羽公路隧道趣為仿真模早型煉。餡噴濕砼和貓鋼拱支護挺已建好績后，不起溫支護作用鐘的級洞壁班巖體應力翅釋放隱30%充。值牲那么幻，扣應力釋放古達貞到皆95%促時，設襯砌請才皺具體演起作用，膠而最后誘應力季100屬%付釋放翅。根據嫂日本公路爸公共公司慈的一級標車準地面假麗定為軟巖加并團基回于喉Mohr捐-Cou米lom窮b堵屈服條匹件而液被歸結為員完全彈塑壓性體件膚。勢定模型分析玩見下丹圖擇2仇。態圖演2.帝旺數值分析朗模豪型遺(遠表忙土逼79.3洲1%1明00)愁喊它假定隧蝦道建成通考車趙后襲強度立即凳下降。頂姓基于方對程霞(1椅)懸描述巖，務在最后一象章喝,寧方墾程設(3橡)絞可近似按切遠期差異胃進行桐實時分析晴。煙這筐里芬,襲λ歷代表強度階下降純速度請，四假定司為凡0.03臨33拔(王兆吐帕岔/與年蜂)付。支護彩和襯砌性念能規河范由舅日本公路軌公共公司獲制定。令分析方法圓采用有限尼差分誼法珠(容cun把dall蛾，遞甲和董事飲會米提鹿出袋)表，它映能穩定地爹模擬塑性征區不斷擴早大點、襯砌諒有限變形砍或倒塌過斃程旺。厭為了滿足束方魔程歪(虎3)拳中的爆每如個舞T誦時間力學撒平衡子，當俊調整時間猴間隔控時，鋒時間整合架被優化。落結果，映已打經能夠劇實現年源徑于谷蠕變的、殃蘇滿康足偏Mohr株-Cou英lom奏b兄屈服條件桌的監分析與練模型。慎在云(1披)掠非支故持丑(2科)豐襯砌彈性察體議,(宅3調)鈴襯灣砌破壞的屠情況平下，嘉分析應該錯考慮巧內淚空間位移喉的口變化。蝦在這項研孩究中址，通過泡采用英分割告襯砌成有夏限某個單元的紙方法斃建恒立涉襯砌發生頸裂紋和剝幻落的模植形。拉弓據推斷但，迷分布式裂掃縫將降低撥混凝土剛數度著的詳1/糾70退。俱基于以上蘿兩點勾，對研由于建造濾加固時間傾差異呢而產生的填不同厭位適移餓(1婆0團年后半、故2聲0總年后題、卵3績0起年盆后歡)河進行了比霧較爪。鍛在所有的妖案躍例怕分析頁中，設位移被定刑為從開始頂挖掘者起誠的數列值，巡地面支略護赤性能店、坊襯砌加固敬列肥于織統計表寬1浪。倡4.免2押回賴填開放憑分析模型票的概述鹿在回填唉的私施工衰中，拱頂泡背部開放膚回填角度睬定催為獄60具°沾和開放當回填深努度騾定為攜5cm棄。在剖隧道混凝結土和鋼結侍構襯砌支色撐已經建孝成僵后，開始境進行回填繡，密翠并在此基槳礎上的濤建立回填免分析模州型五,暫挖掘過程秤如圖雕3袋.忍4.鉆3踏變形分析派結果與思擴考鬧(1臉)邪棍無加固工曲作娘的脖案羽件蒙捆分析案正例茶總結統計稼表寒2余。蝶匯在斧無支護叔條件下骨，棵塑性區擴壩大射，造成籍強度隨時貍間變化折下降。消(詳案枝例飄1學)涼列令圖芹4.驅詳由此可以絲看活出，隨著員時間的推董移，貪隧道徑向陷強度下降展，受皆同樣隨著屑這一進程攪塑性區擴斑大糠。隧道周桑圍強度下附降的進程才符合實際施情況。太圖此3.界襯砌屈背部開放趴模皺型歉.償圖罩和5角顯示新無支護狀采態時捕內空間徹變形的五變晴化婦架(氏案茫例夜1)喜，職燭襯砌退化伸是不考域慮喝(敏案例披2織)侄，襯砌臭隨著時間窯破壞拆(牙案恒例手3)楚的。死泡在這項研駁究中犯，蒸襯砌哥的破壞是強由于右裂縫默的憐分布降低乏了偽混凝土的哀剛度勿。圖夫5氏，無支護汁狀態落(樸案杏例販1)囑，濟5友0膨年桿后，變形蒙增加了粘約枯40mm語，理襯砌右被假設為蝴一個彈性第體圓（可案鬼例侮2屋），堡位移趨勢鍵為艦0離。板在另一方淡面妖，請襯砌假設楊為巖可惡化運的，（案碎例唯3造）壤位移恭約淋26mm品，筐其中桌，波沫雖然抑制象作用很明副顯，但笑位移惕還是掌隨時間不臨斷產增加。悶在念目前大多何數被應用劈于實踐的矩分析中，著嚴襯砌縮被虛假定為彈已性體窗，以致僅逝僅競地面隨時徹間背破壞。先因此任，這些線分析結果碎幾乎沒有姐位移上升慈很大的。愈標很多案緒例臨中什，盈隧道竣工出后，捕內部空間棗產生腎變形。速考慮地面錯和妨襯砌俗的共同作尊用是有必幟要。惜(唇2)盡有侵加固工作循的案共例喝比較不同蟻施工時間奴的傅加固工作沙的祝加固效果雪和崖不同的施襲工時間禾由于古襯砌表面喝和拱頂位斷移戶造成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