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随着我国隧道建设快速发展,隧道病害问题越来越严重。在诸多隧道病害中,衬砌背后接触状态不良是主要成因之一,会直接诱发各种隧道病害,影响隧道结构的安全性。锤击法在桩基完整性检测及混凝土板状结构缺陷检测等方面应用广泛,但在隧道结构病害检测方面的研究及应用相对较少。本文在中央高校基本科研业务费专项资金资助项目“隧道结构动力无损检测评价方法研究(N0.2016JBM034)”的支持下,开展了基于锤击法的隧道衬砌背后空洞检测的原理性试验研究,并进行了数值模拟计算,通过时域分析、频域分析、时频域分析、相关性评价及分形盒维数计算等手段,研究了混凝土板后土体参数(密度、含水率)变化对空洞存在情况检测的影响、锤击法检测混凝土板后空洞尺寸及影响范围等问题,实现了定性分析与定量评价。主要工作如下:1、建造了基于锤击法的隧道衬砌背后空洞检测的原理性试验模型,开展了关于混凝土板后土体参数变化对锤击法检测空洞存在情况的影响、锤击法检测混凝土板后空洞尺寸及影响范围的试验研究;2、分别改变混凝土板后土体的密度和含水率,利用锤击法检测混凝土板表面的加速度响应,分析不同土体密度及含水率条件下加速度响应的变化规律;3、在混凝土板背后埋置空洞,分析不同土体参数条件下,混凝土板表面振动加速度响应在有、无空洞工况下的区别,并研究了混凝土板背后土体参数变化对锤击法检测空洞存在情况的影响;4、改变混凝土板后空洞的尺寸,通过布置测线、移动测点位置,测定不同位置处的加速度响应并计算其分形盒维数,通过分形盒维数变化规律判断空洞大小及其影响范围;5、建立有限元模型,进行数值模拟扩展分析。根据试验结果对数值模型进行校核,分析混凝土板后土体密度、动弹性模量及泊松比变化对空洞存在情况检测的影响;改变空洞尺寸,利用锤击法检测不同空洞尺寸工况下混凝土板后空洞的大小及其影响范围。经过上述研究发现:1、随着混凝土板后土体密度及含水率增大,混凝土板加速度响应减小,振动衰减速度加快,频谱曲线更加平缓;2、随着混凝土板后土体密度减小,混凝土板与土体之间接触状态趋于不密实,对空洞检测造成一定影响;而含水率变化对空洞检测影响不大;3、在空洞区域范围内,混凝土板表面加速度响应盒维数较为稳定,随着测点位置远离空洞区域,盒维数逐渐减小并再次趋于稳定,通过分析加速度盒维数的变化实现了对混凝土板背后空洞大小及其影响范围的定量评价;4、通过数值模拟研究发现,混凝土板后土体密度、动弹性模量变化会对空洞检测造成一定影响,而泊松比变化对混凝土板后空洞检测的影响不大,此外,数值模拟验证了试验结果采用分形盒维数判断空洞大小及影响范围的有效性;