火灾高温下隧道周围软黏土力学行为与荷载分布研究

目前隧道衬砌防火侧重于对结构本身损伤与力学行为的研究，而忽视了火灾高温引起衬砌外部水土压力的变化带来的软土隧道衬砌结构安全性问题。事实说明：火灾高温下软土隧道外侧土体力学行为会发生显著的变化。本研究拟针对软黏土地层隧道，借助室内试验、理论分析及数值计算等手段：首先，深入探讨衬砌边界约束条件的火灾高温软黏土热传导特性和温度场变化规律、软黏土力学特性以及衬砌所受水土压力、弹性抗力的变化规律；其次，在上述研究成果的基础上，建立火灾高温作用下饱和区、非饱和区软黏土力学特性的描述模型、综合考虑火灾高温影响区软黏土力学特性变化及水汽化引起的附加荷载的隧道衬砌结构水土压力分布的理论与方法；最后，应用荷载-结构法，建立基于上述水土压力分布理论及考虑土体弹性抗力变化的软土隧道衬砌结构火灾安全评价方法，为解决处于软黏土环境下的大量地铁及越江跨海隧道衬砌结构的火灾安全问题提供相关计算理论与方法。

目前隧道衬砌防火侧重于对结构本身损伤与力学行为的研究，而忽视了火灾高温引起衬砌外部水土压力的变化带来的软土隧道衬砌结构安全性问题。事实说明：火灾高温下软土隧道外侧土体力学行为会发生显著的变化。本研究以软黏土地层隧道为对象，通过大量的火灾试验，结合理论分析及数值计算等手段，深入研究了火灾高温下软黏土热传导特性和温度场变化规律，分析了火灾高温对软黏土力学特性的影响规律，成功揭示并描述了火灾高温导致的隧道衬砌结构外部水土压力的变化机理及规律。最后，在对隧道衬砌结构管片、接头火灾高温力学特性试验研究的基础上，基于给出的火灾高温下软土隧道结构-土体体系的力学行为及安全性的分析计算方法，对隧道衬砌结构体系的火灾安全性及各关键因素的影响规律进行了深入研究。课题研发的试验装置与设备对今后开展软黏土火灾高温力学性能试验具有较好的借鉴价值。同时，课题研究成果也为解决处于软黏土环境下的大量地铁及越江跨海隧道衬砌结构的火灾安全问题提供了基础。