衬砌钢筋锈蚀对岩石隧道稳定性影响规律研究

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1、硕士学位论文衬砌钢筋锈蚀对岩石隧道稳定性影响规律研究StudyontheInfluenceofLiningReinforcementCorrosiononRockTunnelStability作者：敖芃导师：宋宏伟教授中国矿业大学二○一五年五月中图分类号TU457学校代码10290UDC624.1密级公开中国矿业大学硕士学位论文衬砌钢筋锈蚀对岩石隧道稳定性影响规律研究StudyontheInfluenceofLiningReinforcementCorrosiononRockTunnelStability作者敖芃导师宋宏伟（教授、博导）申请学位工学硕士培养单位力学与建筑

2、工程学院学科专业结构工程研究方向地下工程稳定性答辩委员会主席东兆星评阅人林斌、茅献彪二○一五年五月论文审阅认定书研究生在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢毕业在即，回首在中国矿业大学度过的求学生涯，思绪万千。老师们的谆谆教诲、同学们的欢声笑语，犹在耳旁萦绕，这将是我一生中最难忘的时光。三年的求学过程中，我得到了许多真诚无私的帮助，感激之情，难于言表。首先感谢我

3、的导师宋宏伟教授。从论文的选题、研究内容的确定到论文的写作与修改，无不倾注着导师的心血与智慧。导师渊博的学识、严谨的治学态度和敏锐的思维令学生感到由衷的敬佩。三年来学生的点滴进步，都离不开导师孜孜不倦的教诲，也无不凝结着导师的心血和智慧。恩师教给我们的不仅仅是严谨的治学态度和踏实的工作作风，还有谦虚温和的为人处世道理。值此论文完成之际，向宋老师致以最诚挚的谢意和最崇高的敬意！感谢王东权教授、东兆星教授、刘刚教授和田建胜副教授在论文选题过程中给予的指导和建议。感谢同门师姐周玉、孙坚、熊珍珍，师兄靳会武、张辛、王天春、赵斌、袁鹏、陈斌、田帅在课题研究过程中给予的指导。感谢同

4、门蒋玉波、师弟田骥、刘辉在学习和科研上给予的鼓励与帮助。与你们在一起的点点滴滴，是我人生中宝贵的财富。感谢室友艾永珍、齐高林、任亚东等陪我度过三年欢乐的校园时光，并在生活上给予包容，在学习上给予鼓励和帮助，愿你们在以后的学习工作中一切顺利！最感谢的是我的父母、家人，是他们多年来始终如一、毫无怨言地支持我，鼓励我，给我前进的力量，这是我得以顺利完成学业的前提和保证！最后，衷心感谢各位专家、老师在百忙之中对论文的审阅和指教。摘要隧道工程在世界范围内，特别是现今的中国得到了极大发展，但是越来越多的衬砌病害问题影响着隧道工程的正常使用。钢筋锈蚀是引起钢筋混凝土结构病害的主要原因

5、。如果衬砌钢筋过早的发生锈蚀，其维护不仅耗费大量的人力物力，还影响隧道的正常运营，缩短使用寿命，严重时还会给隧道内车辆的行驶带来安全问题。开展不同锈蚀条件下混凝土劣化对衬砌结构稳定性影响的研究，对隧道的健康评价具有十分重要的意义。本文以此为主线，采用理论分析、物理试验和数值模拟多种手段研究衬砌钢筋锈蚀问题。数值模拟过程中通过将钢筋锈蚀问题转化为相应混凝土力学性能退化的问题，对钢筋锈蚀引起混凝土劣化作用下的衬砌结构应力和变形规律进行研究，分析各因素的影响程度并判断结构的稳定性。取得地主要研究结果如下：（1）通过实验室物理试验得到了钢筋在氯化氢溶液、氯化钠溶液和纯净水中的平

6、均年腐蚀深度值。（2）拱顶和直墙部位钢筋锈蚀加大了结构的变形，但对最大应力无影响。拱肩和墙脚部位钢筋锈蚀使得钢筋锈蚀处应力减小，而周围应力增大，衬砌内侧应力变化明显。结构中最大拉应力和位移值随着锈蚀作用的增加而逐渐增大，安全系数值逐渐降低。（3）各位置在不同范围锈蚀作用下，轴向增大对衬砌应力的影响大于环向。不同位置出现锈蚀，混凝土劣化单元处围岩的位移值基本不变，应力值变化较小，衬砌轻度锈蚀对围岩稳定性影响不大。（4）墙脚是衬砌结构钢筋发生锈蚀后最容易出现问题的危险位置，其次是拱肩，直墙。锈蚀程度是三因素中对衬砌结构稳定性最不利的因素。（5）在实际工程中，可根据隧道衬砌主

7、要位置的锈蚀深度、锈蚀程度和锈蚀范围得到钢筋锈蚀率并计算劣化后的混凝土抗拉强度，对隧道结构稳定性作出评价。该论文有图107幅，表56个，参考文献96篇。关键词：隧道衬砌；钢筋锈蚀；混凝土劣化；安全系数；稳定性IAbstractTunnelengineeringgetsgreatdevelopmentintheworld,especialyinChina.Atthesametime,moreandmoreliningdiseaseshavegreatimpactonnormaloperationofthetunnel.Reinforceme