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摘要
针对衬砌裂缝在列车荷载影响下的疲劳扩展行为，以疲劳断裂力学和可靠性理论为基础，对开裂衬砌裂缝的疲劳扩展可靠性进行研究。首先，分析衬砌开裂模式及影响裂缝扩展的应力强度因子类型，基于Paris公式建立基于裂缝深度的衬砌极限状态方程；然后，依托某运营铁路隧道，利用ANSYS有限元软件建立含开裂衬砌隧道-地层耦合动力的数值模型，计算列车荷载影响下的裂缝尖端应力场和应力强度因子，运用蒙特卡洛法求解不同深度裂缝在衬砌服役期内的可靠性指标。结果表明：列车荷载对裂缝尖端应力场影响显著，当隧道拱顶存在10 cm裂缝且不考虑列车荷载时，拱顶衬砌裂缝尖端最大主应力为-3.47 MPa，而考虑列车荷载后则为-7.26 MPa；不同初始裂缝条件下，裂缝尖端应力强度因子幅值不拒绝服从正态分布规律，其均值和标准差随裂缝深度的增加而增大；开裂衬砌可靠性指标会随服役时间的增加而降低，且初始裂缝深度越大，衬砌的可靠性指标值越小、服役时间越短。
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单位石家庄铁道大学; 土木工程学院
