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采取叠合式套拱方案,加固拱顶带纵向裂缝的隧道衬砌结构,并基于1∶10 的相似模型试验,量化研究拱顶松动荷载作用下结构的破坏机理,即受力变形特征、裂缝发展过程、短期刚度衰减规律以及破坏模式,进而探讨补强结构的极限承载能力计算方法,并分析了原衬砌裂缝深度对补强效果的影响。研究表明,地层抗力为10MPa/m 时,松动荷载下,1)补强结构的受力变形过程分3 阶段,以拱顶开裂、拱顶叠合面错开为分界点；2)主裂缝集中于拱顶、拱腰部位,整体破坏为延性破坏,破坏荷载由拱顶截面控制；3)补强结构的开裂荷载、短期刚度、破坏荷载与既有裂缝深度满足线性关系。