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摘要
目前针对高速列车荷载作用下隧道衬砌损伤机制的理论研究一般基于常规混凝土拉压力学特性,较少考虑外加纤维混凝土的韧性特征和破坏特性,同时也未见将纤维混凝土力学特性应用于高速铁路工程实践的例子。本文在首先开展的不同纤维种类、长度和体积掺量下的混凝土拉压力学试验基础上,基于等应变假设和Najar的损伤理论确定不同纤维种类、长度和体积掺量下混凝土的损伤参数,并在试验后通过DIC技术观察不同纤维混凝土的破坏规律,最后通过有限元数值模拟方法建立围岩–隧道结构,分析列车车速、纤维种类、长度和体积掺量等参数对隧道衬砌结构损伤发展的影响规律。结果表明:混凝土中添加纤维可以有效提高混凝土的抗损能力,同时改善常规混凝土在列车激振荷载作用下"多阶跃"损伤的发展趋势,降低隧道衬砌在列车荷载结束后的损伤终值。同等车速下,当纤维体积率低于0.15%且纤维长度较短时,3种纤维中,玻璃纤维对混凝土的抗损能力提升最多为69.5%～74.9%,PVA纤维抗损伤能力较弱为42.6%～48.8%,混合纤维能力居于两者之间。但随着纤维长度的增长和体积掺量的增大,当纤维体积率高于0.15%时,纤维在混凝土中产生的"打团"负面效应高于其"桥接"作用所带来的正效应,导致纤维混凝土峰值强度大幅降低,PVA纤维的最大抗损降幅差值可达94.3%,纤维混凝土的抗损伤能力反而低于常规混凝土,相比之下6 mm纤维在车载下稳定性和抗损提升能力方面均强于12 mm纤维。且衬砌损伤对车速大小较为敏感,车速越大损伤终值越高竖向位移峰值越大。
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