探析隧道内部受力分析实验及步骤

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1加载力分析

从衬砌状态变化来看，衬砌开裂是最直观且有效的现象。表5所示为各工况衬砌开裂的加载力和极限加载力(不包含初始200kN的预压力)。可见：工况1的加载力最大，工况4的加载力最小，工况2和工况3的加载力相近；对于极限加载力，工况1的最大，工况2的最小，工况3的较大。凭直观推断，衬砌开裂和衬砌的刚度以及混凝土的强度有关，刚度越大，衬砌开裂的加载力越小，强度越低，加载力也就越小；钢筋的存在会有效提高极限承载力，对于衬砌开裂的影响并不大。通过衬砌的位移、内力及围岩压力，可以得到衬砌的状态变化规律。

2衬砌位移

衬砌的拱顶和边墙的位移具有代表性，所示，位移向洞内方向为负。从可见：工况1的斜率最小，工况2和工况3的斜率在开始时相差不大；随着荷载的增加，特别是衬砌开裂之后，工况2的斜率增大明显；工况4在拱顶位移中的斜率最大；在边墙位移中，开始是最大的，随着荷载增大逐渐减小。边墙的位移都呈现出先向洞外位移，然后又转向洞内位移的趋势。这是由于开始时，拱顶的荷载大于边墙荷载，拱顶向洞内位移较大，衬砌变形协调，边墙向洞外位移；随着拱顶和边墙的荷载增加，衬砌变形协调不能消除边墙荷载的作用，会呈现向洞内位移的趋势。

3衬砌荷载

衬砌的开裂、破坏与衬砌受到荷载有很大关系，所示。可见：拱顶衬砌的围岩压力并不是随着加载力的增加而增加，当衬砌开裂时，加载力都有减小的突变，然后，又逐渐增加到1个最大值后，又开始减小，直到衬砌完全破坏；边墙的趋势与拱顶的相似，只是突变更加明显，边墙的围岩压力变化压力比拱顶的大，这是围岩压力和衬砌变形协调共同作用的结果。从拱顶的围岩压力可以看出：工况1的压力斜率最小，工况2，的压力斜率在开始时差别不大，随着加载力的增加及衬砌开裂，工况4的压力斜率增加速度减小；工况2也在随后达到最高点之后减小；而工况3压力斜率则表现为仍然增大的趋势，之后才逐渐减小；边墙的压力斜率总体变化趋势差不多，但差别明显。从拱顶和边墙的最大围岩压力可以看出：工况1，2的4的压力相差不大，工况3的压力比另外3种工况的大，这是钢筋网作用的结果。

4衬砌内力

衬砌的内力主要有轴力和弯矩这2个指标表征。衬砌拱顶和边墙是最易于出现破坏的区域，为此，本文以拱顶和边墙的内力作为主要研究内容。轴力的变化趋势与围岩压力的趋势相差不大，边墙的轴力也存在着衬砌开裂引起的内力突然变小的情况；工况1，2和4的极限轴力和极限弯矩都相差不大，工况3的极限内力最大。这也是钢筋网的作用结果。工况1和工况4的弯矩差别比轴力差别大得多，这是由于工况4的位移比工况1的大。边墙的弯矩与位移的变化趋势一致，先是负向的，然后又向正向转变。工况1和工况4的差别在弯矩上表现得更加明显，这是由于工况4的变形更大。从所有工况的弯矩和轴力的比值可以看出：偏心距普遍为0.2cm左右；衬砌的破坏是由抗压承载力控制的，这也是衬砌结构破坏的特点。

作者:王雪燕单位：四川水利职业技术学院