偏压荷载下裂损特征对隧道衬砌受力影响试验

研制了偏压加载的全周封闭隧道模型试验装置,可对衬砌结构任意位置施加荷载,较真实地模拟偏压荷载作用下损伤衬砌受力特征。完成了6组1∶10破坏性模型试验,对比偏压荷载下衬砌结构力学行为的裂缝特征效应。试验结果表明:偏压荷载下完整衬砌破坏过程为"偏压侧拱脚、非偏压侧拱肩、偏压侧拱肩",共三个阶段,前三条裂缝出现时承载为极限荷载的30%45%;压皱出现时承载比例为70%,试件急剧破坏,整体呈延性破坏。裂缝和荷载在同侧时,加载破坏过程为"偏压侧裂缝张开、压皱、试件破坏",呈脆性破坏,拱肩裂缝对衬砌承载力影响最大。第一条预制裂缝在拱顶,深度为1/3衬砌厚度,第二条预制裂缝在拱肩,深度分别为1/3、1/2、2/3衬砌厚度时,试件极限荷载为完整衬砌的86.34%、76.09%、68.94%。衬砌结构均为偏压侧拱肩外侧压碎导致整个结构失去承载能力。损伤裂缝使得结构刚度大幅度减小,提出了裂缝深度与极限承载力关系公式,模型试验结果与公式计算值基本一致。