一种基于扩展有限元法的隧道隐伏式缺陷衬砌病害分析方法技术

本发明专利技术公开一种基于扩展有限元法的隧道隐伏式缺陷衬砌病害分析方法，包括如下步骤：基于无损检测结果确定隐伏式缺陷尺寸及影响范围；建立受隧道隐伏式缺陷影响的地层‑结构有限元网格模型；采用轻质虚拟材料+弹簧耦合作用模型模拟隐伏式缺陷；对所示有限元模型施加材料参数及边界条件；选择隧道衬砌支护结构施加富集函数以模拟衬砌病害；通过生死单元的设置，模拟隧道开挖‑支护‑隐伏式缺陷影响，计算衬砌病害的产生、发展规律；计算出病害产生的区域，分析衬砌结构最不利位置。本发明专利技术计算模型合理，能够准确反映隧道隐伏式缺陷对衬砌病害的影响，无需进行室内、现场试验的方式，具有经济、科学等优点，应用前景广阔。

【技术实现步骤摘要】
一种基于扩展有限元法的隧道隐伏式缺陷衬砌病害分析方法
本专利技术涉及隧道衬砌病害分析
，具体是涉及一种基于扩展有限元法的隧道隐伏式缺陷衬砌病害分析方法。
技术介绍
截至2019年底，我国铁路隧道已建成16084座，运营长度达到18041公里。公路隧道已建成17738座，运营长度达到17236公里。此外，我国各个大中型城市也在大力建设城市轨道交通网络以减轻出行高峰的交通拥堵问题。受地质条件、设计因素、施工工艺以及循环荷载等因素的影响，隧道衬砌结构在施工期或服役期普遍存在不同程度的隐伏质量缺陷，如衬砌背后存在空洞、初支与围岩接合不密实、衬砌内部开裂、渗漏水等质量问题。衬砌结构隐伏质量缺陷具有隐蔽、不易察觉、不易检测的特点，若任其发展，将使工程留下永久性的质量缺陷，从而影响隧道服役性能和寿命，降低隧道结构的耐久性和稳定性，严重威胁隧道行车安全，给人民群众的出行带来了极大的安全隐患。目前针对隧道隐伏式缺陷衬砌病害分析方法主要采用有限元法进行受力分析，亦或采用现场测试，但这些方法都有明显的局限性，如有限元法难以分析由于对隧道隐伏式缺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于扩展有限元法的隧道隐伏式缺陷衬砌病害分析方法，其特征在于：包括以下步骤：/n基于地质雷达无损检测结果确定隐伏式缺陷几何尺寸，根据无损检测结果、隧道设计图纸及地勘资料，建立表征受隐伏式缺陷隧道衬砌地层-结构有限元网格模型；/n对所述的地层-结构有限元网格模型模型施加边界条件，创建索要分析对象的单元集合，对所述的地层-结构有限元网格模型进行受力分析；/n划分轻质虚拟材料+弹簧单元耦合作用网格模型，模拟衬砌壁后隧道隐伏式缺陷；/n基于扩展有限元法在对所述的地层-结构有限元网格模型中定义衬砌混凝土材料的断裂力学参数，选择所述的衬砌结构为断裂分析区域，计算病害的产生以及不断发展的演变规律；/...

【技术特征摘要】
1.一种基于扩展有限元法的隧道隐伏式缺陷衬砌病害分析方法，其特征在于：包括以下步骤：
基于地质雷达无损检测结果确定隐伏式缺陷几何尺寸，根据无损检测结果、隧道设计图纸及地勘资料，建立表征受隐伏式缺陷隧道衬砌地层-结构有限元网格模型；
对所述的地层-结构有限元网格模型模型施加边界条件，创建索要分析对象的单元集合，对所述的地层-结构有限元网格模型进行受力分析；
划分轻质虚拟材料+弹簧单元耦合作用网格模型，模拟衬砌壁后隧道隐伏式缺陷；
基于扩展有限元法在对所述的地层-结构有限元网格模型中定义衬砌混凝土材料的断裂力学参数，选择所述的衬砌结构为断裂分析区域，计算病害的产生以及不断发展的演变规律；
在所示网格模型建立完成后，通过定义生死单元，模拟隧道开挖、支护、隐伏式缺陷影响，计算出在地层自重应力作用下，衬砌受隐伏式缺陷影响衬砌开裂区域，观测衬砌开裂过程，分析衬砌受力状态，评估衬砌结构安全性。


2.根据权利要求1所述的一种基于扩展有限元法的隧道隐伏式缺陷衬砌病害分析方法，其特征在于，采用GSSI公司SIR-20地质雷达仪，沿隧道纵向共布置5条测线：拱顶、左拱腰、右拱腰、左边墙、右边墙测线进行无损检测；以5km/h速度匀速移动天线，采用人工触发方式，每10米打一个标记，进行连续测量；采用RADAN专处理数据，确定隐伏式缺陷范围及几何尺寸。


3.根据权利要求1所述的一种基于扩展有限元法的隧道隐伏式缺陷衬砌病害分析方法，其特征在于，依据现场实测地勘资料及设计图纸确定，建立地层-结构有限元网格模型，所述地层网格模型材料依据摩尔－库仑屈服准则，输入参数包括：密度、弹性模量、...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵乙丁，史尧，吴发红，孙锐，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32