高速铁路隧道衬砌裂缝内的气动压力特性

简介

针对高速铁路隧道缺陷混凝土衬砌裂缝扩展带来的影响,研究气动荷载作用下衬砌裂缝内气体压力的大小及分布规律。基于质量守恒定律、动量定理和能量守恒定律,推导高速铁路隧道衬砌裂缝内控制体的气动压力方程并求解;应用FLUENT软件对裂缝内气动压力进行数值模拟,验证控制方程计算结果,并分析衬砌表面荷载幅值、裂缝开口量、裂纹深度、裂缝顶端宽度4种因素对裂缝内气动压力的影响。结果表明沿着裂缝深度方向,气动压力呈增大趋势,且最大值发生在裂缝尖端处;衬砌表面荷载和裂缝开口量的增加会不同程度地促进压力峰值增加,裂缝顶端宽度的增加反而会造成缝内压力峰值降低,裂缝深度对压力峰值则几乎没有影响;裂缝内气动压力峰值与缝外气动压力幅值、裂缝开口量基本成正比关系,而与裂缝深度成反比关系,与裂缝顶端宽度二次方大致成反比关系;衬砌表面气压作为压力入口,其大小不会对裂缝内压力造成非线性影响。