机制砂混凝土隧道衬砌结构裂损机理研究

为明确铁路隧道机制砂混凝土衬砌结构边墙环向开裂原因,开展了模筑混凝土短柱承载特性试验,利用基于损伤力学的有限元方法,结合模筑混凝土收缩形变试验,分析了机制砂混凝土的收缩变形特征和偏心短柱的承载特性。借助DIANA10.4程序进一步建立机制砂混凝土隧道衬砌结构的三维数值仿真模型,综合考虑围岩荷载、机制砂混凝土收缩效应以及隧道衬砌结构整体受力状态,探讨了机制砂混凝土隧道衬砌结构裂损机理。研究结果表明:随着混凝土强度等级的提高,机制砂混凝土构件与河砂混凝土构件承载能力与抗裂能力均逐步增强,但延性呈逐渐下降趋势;在模筑混凝土短柱承载特性试验中,混凝土强度等级较低构件(C20、C25、C30)破坏特征呈延性,混凝土强度等级较高构件(C35、C40)破坏特征呈脆性;混凝土强度等级相同的情况下,机制砂混凝土构件抗裂与承载能力较河砂混凝土构件虽有所提高,但由收缩效应产生的收缩应力较大,易导致结构裂损;收缩效应是导致机制砂混凝土隧道衬砌结构边墙处出现环向裂缝的主要原因;在保证结构安全的条件下,应适当减小混凝土强度等级、加强养护,降低机制砂混凝土收缩率,以减少衬砌结构裂损现象的出现。研究结果为解决机制砂混凝土隧道衬砌环向开裂问题提供了参考。