一种地下工程消波拱结构

本发明属于地下工程，尤其涉及一种地下工程消波拱结构。

背景技术：

1、地下工程作为国家可持续发展的重要组成部分，其安全防护是保障重要地下工程安全的有效手段，在巩固国防、抵御侵略及保障社会稳定等方面具有不可替代的作用，常规材料结构较难实现既能有效衰减爆炸冲击波能量，降低高速冲击荷载对结构的破坏，又能满足原位快速抢修的要求，亟需设计一种地下工程消波拱结构。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种地下工程消波拱结构，旨在解决或改善上述技术问题中的至少之一。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种地下工程消波拱结构，包括围岩层、填充层和混凝土衬砌结构层，所述填充层位于所述围岩层和所述混凝土衬砌结构层之间；

3、所述填充层为骨架孔隙材料；

4、所述填充层波阻抗小于所述围岩层和所述混凝土衬砌结构层波阻抗。

5、可选的，当所述围岩层的应力波传播至所述围岩层和所述填充层与所述围岩层表面时，所述围岩层和所述填充层的波阻抗比为λ＝ρ0c0/ρ1c1＞1，其中，ρ1c1为所述填充层波阻抗，ρ0c0为所述围岩层波阻抗。

6、可选的，当进入所述填充层的透射应力波σ1到达所述填充层与所述混凝土衬砌结构层界面时，所述填充层和所述混凝土衬砌结构层的波阻抗比为λ＝ρ1c1/ρ2c2＜1，其中，ρ2c2为所述混凝土衬砌结构层波阻抗。

7、可选的，所述填充层的厚度为0.2m-1.2m。

8、可选的，所述填充层为拱形结构。

9、可选的，所述填充层为骨架孔隙材料。

10、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

11、本发明通过在围岩层和混凝土衬砌结构层之间填充为骨架孔隙材料的填充层，使得围岩层-填充层-混凝土衬砌结构层形成一个整体的消波拱结构体系，通过填充层实现应力波的消波和绕射，当荷载传递至填充层时，一方面因应力波绕射作用，填充层可改变应力波的传播路径，将大部分应力波传递混凝土衬砌结构层外侧，另一方面，因填充层在应力波的作用下发生主动耗能破碎吸收大部分能量，使得传递至混凝土衬砌结构层上的应力波被进一步削弱，降低混凝土衬砌结构层的峰值压力，从而有效保护地下结构的安全，且填充层在实际的工作环境中受到上部围岩层和下方混凝土衬砌结构层限制，为三向受压状态，在承受第一次冲击波后，填充层会发生主动耗能破坏且无大变形破坏，使得消波结构体系仍然可以保持基本的稳定性。

技术特征：

1.一种地下工程消波拱结构，其特征在于：包括围岩层(1)、填充层(2)和混凝土衬砌结构层(3)，所述填充层(2)位于所述围岩层(1)和所述混凝土衬砌结构层(3)之间；

2.根据权利要求1所述的一种地下工程消波拱结构，其特征在于：当所述围岩层(1)的应力波传播至所述围岩层(1)和所述填充层(2)与所述围岩层(1)表面时，所述围岩层(1)和所述填充层(2)的波阻抗比为λ＝ρ0c0/ρ1c1＞1，其中，ρ1c1为所述填充层(2)波阻抗，ρ0c0为所述围岩层(1)波阻抗。

3.根据权利要求1所述的一种地下工程消波拱结构，其特征在于：当进入所述填充层(2)的透射应力波σ1到达所述填充层(2)与所述混凝土衬砌结构层(3)界面时，所述填充层(2)和所述混凝土衬砌结构层(3)的波阻抗比为λ＝ρ1c1/ρ2c2＜1，其中，ρ2c2为所述混凝土衬砌结构层(3)波阻抗。

4.根据权利要求1所述的一种地下工程消波拱结构，其特征在于：所述填充层(2)的厚度为0.2m-1.2m。

5.根据权利要求1所述的一种地下工程消波拱结构，其特征在于：所述填充层(2)为拱形结构。

技术总结
一种地下工程消波拱结构，包括围岩层、填充层和混凝土衬砌结构层，填充层位于围岩层和混凝土衬砌结构层之间；填充层波阻抗小于围岩层和混凝土衬砌结构层波阻抗，本发明通过在围岩层和混凝土衬砌结构层之间填充为骨架孔隙材料的填充层，使得围岩层‑填充层‑混凝土衬砌结构层形成一个整体的消波拱结构体系，通过填充层实现应力波的消波和绕射，降低混凝土衬砌结构层的峰值压力，能够有效保护地下结构的安全。

技术研发人员：谭仪忠,王明洋,李超,宋春明,张中威,程怡豪,李干,岳松林,王昱蘅,徐小辉
受保护的技术使用者：中国人民解放军陆军工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16