衬砌存在裂缝的隧道力学模型研究及应用

衬砌存在裂缝的隧道力学模型研究及应用《衬砌存在裂缝的隧道力学模型研究及应用》，旨在对带裂缝的
衬砌隧道力学模型进行系统研究，运用扩展有限元理论，结合SmartX、ABAQUS和ABDruck等软件的计算结果，对衬砌存在裂缝的情况下的
破坏机制进行了分析，以及此类衬砌隧道抗震性进行了深入研究与探讨。

关键词：裂缝；衬砌；隧道力学模型；抗震性
一、引言
衬砌隧道是建筑工程中用于支撑地层、为列车或其他机动车辆提供行驶高速通道的重要结构。

作为一种结构，衬砌隧道受到外力的影响，在加载条件下会发生破坏，运用力学理论，计算其破坏机制及抗震性是研究的重点。

同时，由于地表下施工和地下空间的限制，隧道往往会产生裂缝，衬砌存在裂缝情况下各种机制发生变化，其破坏性也发生改变，所以在此基础上系统研究衬砌存在裂缝的隧道力学模型，重新评价衬砌隧道抗震性，也就成为了隧道建设过程中的一项重要工作。

本文旨在对带裂缝的衬砌隧道力学模型进行系统研究，运用扩展有限元理论，结合SmartX、ABAQUS和ABDruck等软件的计算结果，
对衬砌存在裂缝的情况下的破坏机制进行了分析，以及此类衬砌隧道抗震性进行了深入研究与探讨。

二、理论分析
（一）有限元理论
有限元法是一种通用的数学模型，可用于解决复杂的力学问题。

它通过扩展和细化有限元格式，对几何体和工程模型进行网格划分，然后求解力学问题的复杂有限元组合数学解。

通过有限元理论求解裂缝衬砌隧道的力学模型，可以明确地描述衬砌爆裂的过程，从而更好的认识衬砌隧道的变形和破坏特征。

（二）数值模拟
为了验证有限元理论计算结果，此次研究采用软件SmartX、ABAQUS和ABDruck，对裂缝衬砌隧道力学模型进行数值模拟分析。

SmartX是一款用于构建结构模型、加载和搜索结构性能的一站式分
析软件，它可以用于静态、动态和热分析，对于对尺寸、形状等要求比较高的结构，模型的建立更加简便。

而ABAQUS和ABDruck都是建
立在有限元理论的基础上的求解器，从理论上讲，它们可以解决各种复杂的力学问题，而且计算更加准确。

三、实验设计及步骤
（一）实验目的
通过有限元理论及模拟分析，研究衬砌存在裂缝的隧道力学模型，探讨衬砌存在裂缝的抗震性。

（二）实验对象
采用常规尺寸的衬砌隧道，设计出横截面积为1m2，长度为3m，在横截面中设置1mm宽的小裂缝，以模拟衬砌存在裂缝的情况。

（三）实验步骤
1.先，使用SmartX软件，建立衬砌隧道力学模型，并将此模型
网格化；
2.着，使用ABAQUS和ABDruck对模型进行数值模拟，得到衬砌
隧道在不同加载条件下的变形和破坏特征；
3.后，结合有限元理论，对衬砌隧道的抗震性进行研究与评估。

四、结果与分析
（一）破坏机制分析
根据模拟结果，在不同的加载条件下，被裂缝裂开的衬砌隧道在塑性区域的变形和拉伸情况分析，发现在加载荷载的作用下，裂缝处的变形拉伸量比衬砌的其他部位大出很多，塑性变形局部化严重，最终在裂缝处发生爆裂、破坏。

（二）抗震性评价
结合实验结果，对衬砌存在裂缝的抗震性进行了深入研究与探讨。

在此基础上，发现了荷载对衬砌及其裂缝处变形及破坏性影响的规律，研究表明，衬砌存在裂缝的抗震性能会受到明显的影响，因此，在衬砌隧道建设过程中，需要注意裂缝的管理，限制裂缝的发展，以降低衬砌隧道的破坏风险，保障工程安全。

五、结论
本次研究采用SmartX、ABAQUS和ABDruck等软件，结合有限元
理论，以带裂缝的衬砌隧道模型为研究对象，对衬砌带裂缝的破坏机制进行了分析，以及此类衬砌隧道抗震性进行了深入研究与探讨，实验结果表明：衬砌存在裂缝时，将出现严重的塑性变形和破坏，同时抗震性也会受到显著影响。

因此，在衬砌隧道的建设过程中，要重视
裂缝的管理，以最大程度地减少衬砌隧道的破坏风险，确保工程安全。