基于可拓理论的隧道洞口段动力响应规律研究

隧道洞口段存在偏压浅埋、围岩破碎等情况,为探究隧道洞口段在地震作用下的动力响应规律并给出安全性定量评估指标,以雅万高铁6号隧道为依托建立数值模型,分别输入雅万人工合成波、EI波、KB波以及WL波4个地震波,基于可拓理论,建立可拓物元模型,对采用数值模拟方法得出的隧道洞口段在最不利地震波作用下的弯矩、轴力、相对位移、加速度4个安全评估指标结果创建分区,以综合定量指标对雅万高铁6号隧道洞口段进行安全性评估,并提出了抗震设防长度。同时,分析了在不同地震波作用下的雅万高铁6号隧道洞口段的动力响应规律。结果表明:(1)在雅万人工波作用下,隧道各评估点动力响应程度约为其余3种天然波作用下动力响应程度的1.2倍;(2)各地震波计算所得4个评估指标沿纵向方向变化规律基本相同,轴力及弯矩峰值均出现在拱肩拱脚位置,相对位移峰值均发生在洞口处仰拱至拱顶测线,评估指标峰值发生时刻略微滞后于地震波峰值加速度对应时刻;(3)在雅万人工合成波作用下,雅万高铁六号隧道洞口段抗震设防长度为45~55 m,为隧道洞径的3.5~4倍。研究成果可为通过综合定量指标对隧道洞口段进行抗震安全性评估提供参考。

钢纤维混凝土试验及单轴抗拉本构模型研究

通过单点加载切口梁试验,获得钢纤维混凝土构件荷载-裂口宽度曲线,并据此建立弯拉本构模型;通过修正弓形钢纤维混凝土弯拉强度与抗拉强度转换关系,提出钢纤维混凝土单轴抗拉本构模型;同时,采用有限元数值模拟,获得该模型作用下钢纤维混凝土的破坏形态、损伤演化规律和荷载-挠度曲线,结合压弯试验结果,分析弓形钢纤维混凝土的增韧、增强机理。研究表明,钢纤维混凝土切口梁破坏时,大多钢纤维被拉脱且端部的弯钩被拉直,弓形钢纤维对混凝土构件弯拉强度有二次增强作用,以25 kg/m^(3)为基准,钢纤维掺量增加5 kg/m^(3)、10 kg/m^(3)、15 kg/m^(3)时,弯拉强度二次峰值增幅分别达到20.4%、28.57%、12.04%;弓形钢纤维混凝土在破坏形态和损伤演化方面,分别呈现出钢纤维被拉直和裂缝多、间距小且长度短的特点,表现出了更高的韧性;与普通混凝土相比,弓形钢纤维混凝土荷载-挠度曲线在弹性段后出现了纤维增强段,直观展现出弓形钢纤维混凝土更高的强度和韧性。模型的数值模拟计算结果与试验结果高度吻合,验证了模型可靠性。