钢纤维喷射混凝土隧道初期支护的断裂力学设计方法

【摘要】：钢纤维混凝土是一种新型的复合材料,它具有韧性好,抗冲击能力强等特点。将它运用于隧道支护体系,可以减少衬砌厚度,代替钢筋网的使用,直接减少施工费用;同时,可以增提高衬砌的抗渗性、抗裂性等,减少维修费用,增长使用寿命,具有明显的经济效应。 本文以钢纤维喷射混凝土这种新型的支护材料为研究对象,通过在武隆隧道现场制得的试件进行基本的力学试验和韧性试验的研究,得出钢纤维混凝土与普通混凝土相比具有较强的韧性特征和抗裂能力。并根据实验结果得到钢纤维喷射混凝土的合理掺量和配比。本文还从断裂力学的角度,研究了钢纤维对混凝土增强、增韧的物理特性。同时根据试验观测和数据分析结果,本文对日本规范中按断裂力学方法设计隧道衬砌厚度的假设进行了修正(最大裂缝高度和钢纤维混凝土拉应力)。然后用改进后的断裂力学设计方法对钢纤维混凝土作为初期支护的承载能力进行了结构计算。计算结果表明,钢纤维喷射混凝土由于优越的韧性,在开裂后可以继续承受围岩传递的荷载,而不发生脆性破坏。因此,钢纤维喷射混凝土作为初期支护更适合用在围岩大变形的场合。本文最后还通过现场量测,对用钢纤维喷射混凝土支护的Ⅴ级围岩进行了反分析计算。分析结果表明,用钢纤维喷射混凝土支护的Ⅴ级围岩处于稳定状态。因此,用钢纤维喷射混凝土作为隧道初期支护在实践中是可取的;用断裂力学方法设计钢纤维喷射混凝土在设计方法上是安全的。