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隧道与地下工程灾害防治
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基于裂缝形状与特征的衬砌结构开裂截面稳定性评估研究
陈志敏,师浩博,张润龙,黎俊鸿,路帅,谈成龙
(兰州交通大学土木工程学院,甘肃 兰州 730070)
Study on stability evaluation of cracked section of lining structure based on crack shape and characteristics
CHEN Zhimin, SHI Haobo, ZHANG Runlong ,LI Junhong, LU Shuai, TAN Chenglong
(School of Civil Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070,Gansu,China)
下载:  PDF (1154KB) 
输出:  BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 为精准评估隧道衬砌开裂截面安全状态、优化结构设计理论并科学确定维修时机,本研究结合断裂力学与极限承载力理论构建开裂截面稳定性评估体系,针对衬砌拱顶、拱腰、边墙三个关键部位,通过数值模拟系统计算不同裂缝深度下的安全系数,引入稳定系数 P(判定裂缝是否稳定)和承载力安全系数 K(评估截面承载能力是否满足要求)双重指标重点分析各因素对结构安全状态的影响机制;结果显示衬砌开裂后稳定性主要受裂缝是否持续扩展、开裂导致截面厚度减小对承载力的削弱两大因素控制,且某一部位开裂对其他部位承载力安全系数影响极小,验证了局部裂缝评估的独立性,明确了不同裂缝等级的临界深度与角度;研究为隧道衬砌裂缝安全评估提供了量化依据,对优化结构设计理论、科学确定维修时机具有重要参考价值。
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陈志敏
师浩博
张润龙
黎俊鸿
路帅
谈成龙
关键词:  隧道工程  衬砌裂缝  稳定性评估  截面承载力  断裂力学    
Abstract: To accurately evaluate the safety state of tunnel lining cracked sections, optimize structural design, and determine maintenance timing scientifically, a stability evaluation system was established in this study by integrating fracture mechanics with the ultimate bearing capacity theory. Numerical simulations were employed to systematically calculate the safety coefficients for three key lining parts—namely, the vault, haunch, and side wall—under varying crack depths. A dual-index system, comprising the stability coefficient P (indicating crack stability) and the bearing capacity safety coefficient K (assessing whether the sectional bearing capacity meets requirements), was introduced to analyze the influence mechanisms of various factors on structural safety. The results showed that the post?cracking stability of the lining was primarily governed by two factors: first, whether the cracks continued to propagate, and second, the weakening of bearing capacity resulting from the reduction in effective section thickness due to cracking. Furthermore, cracking in one location was found to have a negligible impact on the bearing capacity safety coefficient of other locations, confirming the independence of local crack assessment. Critical crack depths and angles corresponding to different damage grades were also identified. This study provides a quantitative basis for the safety evaluation of tunnel lining cracks, offering valuable references for optimizing structural design theory and scientifically planning maintenance schedules.
Key words:  tunneling    lning crack    evaluation of stability    section bearing capacity    crack mechanics
收稿日期:  2025-09-28      修回日期:  2025-11-01      发布日期:  2026-02-02     
中图分类号:  U45  
  TU93  
基金资助: 国家自然科学基金资助项目(12262018);甘肃省建设科技研究资助项目(JK2018-33)
通讯作者:  师浩博(2000—),男,河北张家口人,硕士研究生,主要研究方向为岩土与隧道工程。    E-mail:  1187168042@qq.com
作者简介:  陈志敏 (1979—),男,河北邢台人,教授,博士生导师,博士,主要研究方向为岩土与隧道工程。E-mail:czm@mail.lzjtu.cn
引用本文:    
陈志敏, 师浩博, 张润龙, 黎俊鸿, 路帅, 谈成龙. 基于裂缝形状与特征的衬砌结构开裂截面稳定性评估研究[J]. 隧道与地下工程灾害防治, .
CHEN Zhimin, SHI Haobo, ZHANG Runlong , LI Junhong, LU Shuai, TAN Chenglong. Study on stability evaluation of cracked section of lining structure based on crack shape and characteristics. Hazard Control in Tunnelling and Underground Engineering, 0, (): 1-10.
链接本文:  
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