清华大学学报(自然科学版)

作者：邓志云, 林鹏, 马翔, 夏勇, 李子昌

单位：1. 北京交通大学 土木建筑工程学院, 北京 100044;<br>2. 清华大学 水利水电工程系, 北京 100084;<br>3. 西安热工研究院有限公司, 西安 710032;<br>4. 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司, 成都 610072;<br>5. 西藏自治区水风光储能源技术创新中心, 成都 610072;<br>6. 清华四川能源互联网研究院, 成都 610213

关键词：深埋隧洞,二衬支护,纤维混凝土,最优纤维掺量,支护特性

基金：北京交通大学人才基金项目(2024XKRC035);国家自然科学基金项目(12102230);中国华能集团有限公司总部科技项目(HNKJ21-H74);西藏自治区清洁能源科技重大专项项目(XZ202201ZD0003G);陕西省科技计划项目(2023-YBGY-278)

该文针对深埋隧洞衬砌结构开裂问题, 提出了采用玄武岩纤维混凝土(basalt fiber reinforced concrete, BFRC)提升衬砌结构承载能力的方法。首先, 对0~0.5%纤维体积率的BFRC试件进行拉压力学特性试验, 获得最优纤维掺量, 验证了素混凝土和最优掺量纤维混凝土损伤塑性(concrete damaged plasticity, CDP)模型参数; 其次, 采用数值模拟法建立了岩衬结构围岩-初期支护整体承载模型和二衬支护模型, 获得了深埋隧洞二衬支护特性曲线, 揭示了混凝土裂缝扩展规律; 最后, 定量分析了配筋率、 二衬厚度和纤维混凝土对二衬正常使用及极限状态承载力的影响。研究结果表明： 相较于素混凝土B0, 0.2%纤维体积率的BFRC轴拉强度和劈拉强度最大增幅分别为12.81%和14.79%, 0.5%纤维体积率的BFRC弯曲强度最大增幅为31.68%, 综合考虑纤维体积率最优掺量选用0.2%; 随着配筋率和二衬厚度的增加, 二衬0.30 mm裂缝荷载P0.30和极限状态承载力均呈线性增加, 配筋率每增加0.10%, P0.30平均增加约5.40%, 二衬厚度每增加0.10 m, P0.30平均增加约11.18%; 掺入纤维可有效提升混凝土的抵抗裂缝扩展能力, 混凝土初始开裂荷载和P0.30可分别提升38.64%和5.54%。该文研究结果可为深埋隧洞岩衬结构设计和纤维混凝土应用提供参考。

来源：2025年第3期

《清华大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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