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第1章 绪论 1

第2章 考虑时空效应的隧道衬砌变形与损伤 7

2.1 隧道开挖方法 7

2.1.1 新奥法 7

2.1.2 隧道支护时机理论 10

2.1.3 蟠龙隧道开挖过程数值模拟方法 10

2.2 岩石蠕变 11

2.2.1 岩石蠕变特性 12

2.2.2 岩石的长期强度 13

2.2.3 蠕变对隧道衬砌的影响 14

2.3 蟠龙隧道围岩蠕变试验 14

2.3.1 岩石试件 14

2.3.2 蠕变试验设备 15

2.3.3 试验方案及结果 15

2.4 混凝土塑性损伤原理 16

2.4.1 损伤因子的定义 16

2.4.2 有效应力 17

2.4.3 等效性假设 17

2.5 模型参数确定原理 22

2.5.1 岩石屈服准则的确定 22

2.5.2 损伤因子的确定 23

2.6 数值模拟 24

2.6.1 计算模型与材料参数 24

2.6.2 隧道开挖过程模拟过程 26

2.6.3 数值模拟结果及分析 26

2.7 结论 35

第3章 地震作用下隧道结构的变形和损伤 36

3.1 动力学基本原理 36

3.1.1 动力学基本方程 36

3.1.2 结构特征值的提取 37

3.1.3 模态叠加法 37

3.1.4 阻尼 39

3.1.5 瞬态模态动力学分析 40

3.2 混凝土刚度退化 43

3.2.1 本构关系 43

3.2.2 损伤与刚度退化 43

3.3 地震波的选取与校正 45

3.3.1 地震波的选取 45

3.3.2 地震波的校正 46

3.4 模型参数确定原理 48

3.4.1 阻尼 48

3.4.2 二维黏-弹性人工边界 48

3.4.3 动力时程分析 51

3.5 数值模拟 52

3.5.1 模拟工况 52

3.5.2 阻尼的确定 52

3.5.3 施加边界 53

3.6 地震波动力响应分析 53

3.6.1 应力时程分析 53

3.6.2 位移时程分析 55

3.6.3 损伤时程分析 58

3.6.4 损伤点应力时程分析 62

3.7 结论 64

第4章 大型失控车辆撞击作用下隧道衬砌损伤 65

4.1 ABAQUS中的接触关系 66

4.2 车辆撞击作用下混凝土拉伸与压缩行为定义 67

4.3 有限元模型 68

4.3.1 隧道模型 68

4.3.2 大型车辆有限元模型 69

4.4 客车碰撞下隧道衬砌结构变形及破坏结果分析 70

4.4.1 应力结果及分析 70

4.4.2 位移结果及分析 71

4.4.3 衬砌损伤结果及分析 73

4.5 货车与隧道衬砌结构碰撞结果分析 74

4.5.1 应力结果及分析 75

4.5.2 位移结果及分析 76

4.5.3 衬砌损伤结果及分析 77

4.6 车内人员受到的伤害分析 78

4.6.1 客车内人员受到的伤害分析 78

4.6.2 货车内人员受到的伤害分析 80

4.7 动力数值模拟与真实碰撞事故的对比分析 82

4.7.1 隧道衬砌损伤区尺寸 82

4.7.2 隧道衬砌损伤层厚度 82

4.7.3 隧道衬砌损伤值 84

4.7.4 隧道衬砌透水性变化 85

4.8 结论 85

第5章 运营隧道衬砌变形实时监测与预警 87

5.1 衬砌变形机理与形式 87

5.2 蟠龙隧道衬砌变形监测预警硬件系统 89

5.2.1 系统组成 89

5.2.2 数据采集传输系统流程 90

5.2.3 传感器布设 91

5.2.4 衬砌变形监测硬件系统安装 91

5.3 蟠龙隧道衬砌变形监测预警软件系统 93

5.3.1 系统概况 93

5.3.2 系统架构 94

5.3.3 系统服务器端主要功能 94

5.3.4 系统客户端主要功能 105

5.3.5 技术支持 106

5.4 蟠龙隧道衬砌结构健康预警系统 108

5.4.1 隧道衬砌结构变形监测曲线发展过程分析 108

5.4.2 隧道衬砌结构失稳预警指标 109

5.4.3 基于衬砌结构变形监测曲线的隧道失稳预警原理 109

5.4.4 隧道衬砌结构安全预警阈值的设定 110

5.5 蟠龙隧道衬砌变形实测数据与分析 111

5.5.1 夏季数据分析 111

5.5.2 冬季数据分析 113

第6章 运营隧道衬砌开裂与实时监测 115

6.1 隧道衬砌开裂机理与形式 115

6.2 运营隧道衬砌裂缝和缺陷检测 119

6.3 运营隧道衬砌裂损治理技术 127

6.4 运营隧道衬砌裂缝扩展监测 128

6.4.1 常用裂缝观测方法 128

6.4.2 裂缝扩展检测实例 128

第7章 运营隧道渗漏水与水情监测 134

7.1 隧道渗漏水原因 134

7.2 运营隧道水害种类及其危害 136

7.3 运营隧道渗漏水分析工程实例 137

7.3.1 蟠龙隧道防排水设计 138

7.3.2 蟠龙隧道漏水情况调查 140

7.3.3 蟠龙隧道漏水原因分析 140

7.3.4 蟠龙隧道技术状况评价 146

7.3.5 蟠龙隧道渗漏水治理措施 149

7.4 运营隧道水情监测方法 151

7.4.1 水压监测 151

7.4.2 渗漏水监测 152

7.5 运营隧道水压监测实例 157

参考文献 160