水压与动载耦合作用下高铁隧底结构裂损机理分析

高速铁路隧道底部结构隆起变形开裂是多方面影响因素叠加作用的结果。综合利用扩展有限元方法、流固耦合理论和现场实测结果，采用激振力荷载拟合函数施加于轨面模拟列车振动荷载作用效果，分析在水压和列车动荷载耦合作用下的高铁隧道底部结构不协调变形机理，揭示水压与动荷载作用下隧道底部结构的变形特征与水压力变化规律。研究结果表明：在既有隧底结构型式与排水条件下，水压变化是隧道底部结构变形与开裂的诱发原因，列车动荷载导致的裂缝水压交替变化是隧道底部结构持续性隆起裂损的间接原因。隧道底部结构开裂一般首先发生在仰拱填充层中央排水沟处，然后在轨道板、仰拱填充层与衬砌仰拱结构存在刚度差异的各交界面上出现裂缝。高速列车动荷载周期性的上下振动与水压力耦合作用下隧道底部结构界面和各裂缝过水处产生超静水压力，其周期性抽吸变化将对裂缝产生水力压裂效应，加剧隧道底部结构的裂损。高水压高铁隧道底部结构隆起开裂的整治措施应综合考虑泄水降压、裂缝封堵以及底部多层结构体系的层间锚固。