含膏鹽地層深埋隧道滲流場--化學(xué)場--應(yīng)力場耦合作用致災(zāi)效應(yīng)與防控對策研究.pdf

1、我國西南地區(qū)地質(zhì)情況復(fù)雜惡劣，三疊系巴東組含膏鹽地層分布廣泛，其中在三峽庫區(qū)附近修建的許多深埋在役隧道，在含硫酸鹽地下水的侵蝕作用下，隧道襯砌均出現(xiàn)了或輕或重的腐蝕破壞現(xiàn)象，常常引發(fā)結(jié)構(gòu)混凝土腐蝕疏松、滲漏水及剝落掉塊等病害問題，其中邊墻、隧底侵腐狀況尤為嚴(yán)重，對其正常運(yùn)營帶來了嚴(yán)重的安全隱患。隧道工程總是寄存在一定的地質(zhì)系統(tǒng)中，環(huán)境水、腐蝕介質(zhì)以及地應(yīng)力是該地層環(huán)境中的三個(gè)主要影響因素，這些因素均以場的形式存在。在膏鹽地層中滲流場(H

2、)、化學(xué)場(C)以及應(yīng)力場(M)三者間總是彼此聯(lián)系、相互影響，共同“促進(jìn)”著圍巖-支護(hù)承載結(jié)構(gòu)的破壞，若將各作用場分開研究而忽略其中的耦合關(guān)系，那么得出的研究結(jié)論很難與實(shí)際情況相匹配，失去了工程指導(dǎo)意義。
　　本文以G42滬蓉高速公路上的分界梁隧道以及G50滬渝高速公路上的譚家寨隧道為工程背景，系統(tǒng)的闡述了硫酸鹽的腐蝕破損機(jī)理，基于ABAQUS有限元軟件進(jìn)行了滲流-應(yīng)力耦合數(shù)值分析，并通過考慮一定的強(qiáng)度折減與厚度折減來對化學(xué)場進(jìn)行

3、簡化模擬，分別進(jìn)行了不考慮耦合、考慮耦合的數(shù)值分析，最后系統(tǒng)的研究了膏鹽地層中隧道的防腐蝕技術(shù)措施，并分別對分界梁、譚家寨隧道的硫酸鹽侵腐病害提出行之有效的防控對策。本文主要的研究內(nèi)容與成果如下:
　　1.由HCM三場耦合效應(yīng)所造成的結(jié)構(gòu)體破損程度及性能劣化速度均遠(yuǎn)超單場作用、雙場耦合作用，盡管譚家寨隧道侵蝕性SO42-離子濃度比分界梁隧道高很多，但從實(shí)際的勘察數(shù)據(jù)來看，分界梁隧道的腐蝕破損程度反而更為嚴(yán)重，對這一現(xiàn)象的解釋是:混

4、凝土的劣化破損，并非是由侵蝕性離子濃度單一因素來決定，而是多個(gè)因素耦合作用的結(jié)果。
　　2.對于膏鹽地層中的深埋隧道滲流場-化學(xué)場-應(yīng)力場甚至更多作用場間的耦合作用致災(zāi)效應(yīng)是不容忽視的。對于化學(xué)場的作用效果，可以基于強(qiáng)度折減理論，選取一適當(dāng)?shù)恼蹨p系數(shù)對其進(jìn)行等效簡化處理，由于不同環(huán)境中的化學(xué)場腐蝕作用強(qiáng)弱不一，所以折減系數(shù)的具體取值還需結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行更加深入的分析、研究，同時(shí)還可考慮一定的厚度折減以提高結(jié)構(gòu)的安全富余度。

5、　　3.ABAQUS數(shù)值分析顯示，不考慮耦合、考慮流固耦合以及考慮強(qiáng)度折減“等效”化學(xué)場的三場耦合，對結(jié)構(gòu)的承載性能影響較大。在按嚴(yán)重腐蝕程度考慮5cm厚度折減的基礎(chǔ)上，進(jìn)行HCM三場耦合分析計(jì)算，得出特征截面的最小安全系數(shù)為2.789滿足規(guī)范要求，從而驗(yàn)證了分界梁隧道硫酸鹽腐蝕處治設(shè)計(jì)選用C45強(qiáng)度的耐腐蝕鋼筋混凝土是合理、可行的。
　　4.在準(zhǔn)確判定硫酸鹽的腐蝕類別，弄清其侵蝕機(jī)理的基礎(chǔ)上，組合多方面的防侵腐措施進(jìn)行聯(lián)合防護(hù)，