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【摘要】：在隧道工程中二次衬砌的开裂是其常见的病害之一，而其开裂会对隧道结构的整体安全性、稳定性以及运营隧道的使用效果都会造成极其严重的后果。本文通过对隧道衬砌裂缝形成的机理入手，对隧道衬砌结构开裂情况进行建模，模拟了裂缝以不同深度出现在拱顶、拱腰、边墙位置时，得出了隧道衬砌的承载能力的变化程度和其对结构承载力的影响。
【关键词】：公路隧道 衬砌裂缝 承载能力
1引言
公路隧道是一種通过公路修建的建筑物，它是一个与外界直接相连的相对封闭的空间，近年来，随着交通运输业的快速发展，隧道交通发展迅速。截止目前，我国已建成通车公路隧道已突破一万公里，并以年均1500km以上的速度在增长，我国已经是世界上隧道工程数量最多、发展最快的国家。在将来的几年，更多的山区公路隧道将修建完成并投入使用。隧道衬砌作为公路的关键和控制节点，其开裂将对隧道的整体结构安全产生重大影响，在隧道运营过程中更会造成经济损失。更严重的还会影响车辆的通行，危机的维修人员的安全。根据侯建斌等在2006的统计结果，2004 年 时，在 我 国 的 2495座公路隧道中，有百分之六十五的隧道已经进入到养护维修期；日本修建的隧道寿命能达到平均50年以上，而我国的公路隧道的平均寿命仅为30年。
2裂缝开裂机理理论分析
2.1裂缝在断裂力学里的研究
欧文使用GALT（Westergaard）为复变函数的应力作用在裂纹问题的研究，在一个均匀拉伸应力场的无限大平板，有一个很长的裂纹板厚度2a，裂纹尖端附近的应力场和应变场进行了分析，该地区附近的裂纹尖端的应力和位移分量表达式组成：
由于研究的范围仅限裂尖端附近的应力场，这是在是很小的范围内，在（2-1）公式，R的高阶项（如R0、R1/2/2/6 R3，R2）被忽略。当R，gt，0，应力分量趋于无穷大，所以裂纹尖端是应力场的奇点。公 式（2-1）表明，应 场Y-1/2阶奇异性。所有因素都反映裂纹尖端应力场的强度和强度。如果数值加倍，每一点的应力都会增加一倍，但分布规律是恒定的。它被称为I型裂纹应力场的强度和强度因子，称为应力强度因子。
在断裂力学中，根据裂纹的应力状态，裂纹可分为3类1）开型裂纹，即I型裂纹（2）剪切裂纹，即II型裂纹（3）撕裂裂纹，即Ⅲ型裂纹。
3数值模拟
采取有限元软件对地道衬砌布局裂痕进行了模拟计算，如ADINA，ABAQUS，MARC和ANSYS等。考虑到ABAQUS提供了两个良好的开发平台：更多的单元类型、更多的材料模型、更多的接触和连接类型，总结了各种断裂失效准则，这些准则对于分析断裂力学和裂纹扩展问题是非常有效的。
通过对拱顶、拱腰、边墙三个位置处模拟不同深度的裂缝对结构承载力的影响，衬砌厚度用d表示，分别模拟三个位置处裂缝深度为1/8d、1/4d、3/8d、1/2d、5/8d、3/4d、7/8d和d的24种工况。得出各种工况对衬砌结构承载性能的影响程度，影响程度用衰减率表示：
通过对不同工况的模拟计算，得到衰减率和裂缝深度的关系，结果见下表：
其深度与衰减率的线性关系如下：
从数据的整体趋势来看，随着裂缝深度的增加，承载力的衰减率也在增加，且衰减速率呈上升趋势。
4总结
在本文中，经由进程对公路地道衬砌裂痕的查询拜访阐发，应用断裂力学和毁伤力学理论，本文侧重对衬砌布局开裂的重要问题，按照传输地道衬砌裂痕的构成进程，从裂痕的构成机理、力学性能和不变衬砌开裂，并连系衬砌开裂模型试验承载力。研究衬砌开裂分析的承载机理，得出以下主要结果：公路隧道衬砌结构裂缝多出现在洞身边墙位置，纵向裂缝对隧道结构的危害最大；随着裂缝深度的增加，承载力的衰减率也在增加，且衰减速率呈上升趋势，也就是说，裂缝深度的增加，导致结构承载力降低，且降低的幅度越来越大。
【参考文献】
【1】李玉文，唐协，张兆杰.公路隧道病害与防治对策[J].西南公路，2016（2）：35-41.
【2】侯建斌.公路隧道病害治理研究[D].长安大学，2007.
【关键词】：公路隧道 衬砌裂缝 承载能力
1引言
公路隧道是一種通过公路修建的建筑物，它是一个与外界直接相连的相对封闭的空间，近年来，随着交通运输业的快速发展，隧道交通发展迅速。截止目前，我国已建成通车公路隧道已突破一万公里，并以年均1500km以上的速度在增长，我国已经是世界上隧道工程数量最多、发展最快的国家。在将来的几年，更多的山区公路隧道将修建完成并投入使用。隧道衬砌作为公路的关键和控制节点，其开裂将对隧道的整体结构安全产生重大影响，在隧道运营过程中更会造成经济损失。更严重的还会影响车辆的通行，危机的维修人员的安全。根据侯建斌等在2006的统计结果，2004 年 时，在 我 国 的 2495座公路隧道中，有百分之六十五的隧道已经进入到养护维修期；日本修建的隧道寿命能达到平均50年以上，而我国的公路隧道的平均寿命仅为30年。
2裂缝开裂机理理论分析
2.1裂缝在断裂力学里的研究
欧文使用GALT（Westergaard）为复变函数的应力作用在裂纹问题的研究，在一个均匀拉伸应力场的无限大平板，有一个很长的裂纹板厚度2a，裂纹尖端附近的应力场和应变场进行了分析，该地区附近的裂纹尖端的应力和位移分量表达式组成：
由于研究的范围仅限裂尖端附近的应力场，这是在是很小的范围内，在（2-1）公式，R的高阶项（如R0、R1/2/2/6 R3，R2）被忽略。当R，gt，0，应力分量趋于无穷大，所以裂纹尖端是应力场的奇点。公 式（2-1）表明，应 场Y-1/2阶奇异性。所有因素都反映裂纹尖端应力场的强度和强度。如果数值加倍，每一点的应力都会增加一倍，但分布规律是恒定的。它被称为I型裂纹应力场的强度和强度因子，称为应力强度因子。
在断裂力学中，根据裂纹的应力状态，裂纹可分为3类1）开型裂纹，即I型裂纹（2）剪切裂纹，即II型裂纹（3）撕裂裂纹，即Ⅲ型裂纹。
3数值模拟
采取有限元软件对地道衬砌布局裂痕进行了模拟计算，如ADINA，ABAQUS，MARC和ANSYS等。考虑到ABAQUS提供了两个良好的开发平台：更多的单元类型、更多的材料模型、更多的接触和连接类型，总结了各种断裂失效准则，这些准则对于分析断裂力学和裂纹扩展问题是非常有效的。
通过对拱顶、拱腰、边墙三个位置处模拟不同深度的裂缝对结构承载力的影响，衬砌厚度用d表示，分别模拟三个位置处裂缝深度为1/8d、1/4d、3/8d、1/2d、5/8d、3/4d、7/8d和d的24种工况。得出各种工况对衬砌结构承载性能的影响程度，影响程度用衰减率表示：
通过对不同工况的模拟计算，得到衰减率和裂缝深度的关系，结果见下表：
其深度与衰减率的线性关系如下：
从数据的整体趋势来看，随着裂缝深度的增加，承载力的衰减率也在增加，且衰减速率呈上升趋势。
4总结
在本文中，经由进程对公路地道衬砌裂痕的查询拜访阐发，应用断裂力学和毁伤力学理论，本文侧重对衬砌布局开裂的重要问题，按照传输地道衬砌裂痕的构成进程，从裂痕的构成机理、力学性能和不变衬砌开裂，并连系衬砌开裂模型试验承载力。研究衬砌开裂分析的承载机理，得出以下主要结果：公路隧道衬砌结构裂缝多出现在洞身边墙位置，纵向裂缝对隧道结构的危害最大；随着裂缝深度的增加，承载力的衰减率也在增加，且衰减速率呈上升趋势，也就是说，裂缝深度的增加，导致结构承载力降低，且降低的幅度越来越大。
【参考文献】
【1】李玉文，唐协，张兆杰.公路隧道病害与防治对策[J].西南公路，2016（2）：35-41.
【2】侯建斌.公路隧道病害治理研究[D].长安大学，2007.