基于塑性损伤的盾构隧道双层衬砌三维实体非连续接触模型研究.PDF

第 35 卷 第 2 期 岩石力学与工程学报 Vol.35 No.2 2016 年 2 月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Feb .，2016 基于塑性损伤的盾构隧道双层衬砌三维实体 非连续接触模型研究 1 1 1，2 1 1 王士民 ，于清洋 ，彭 博 ，何祥凡 ，姚佳兵 (1. 西南交通大学 交通隧道工程教育部重点实验室，四川 成都 610031 ；2. 四川公路桥梁建设集团有限公司 勘察设计分公司，四川 成都 610041) 摘要：在分析基于梁–弹簧模式和壳–弹簧模式盾构隧道双层衬砌数值模型的基础上，分别建立依据接合面接触 状态不同划分的盾构隧道双层衬砌三维实体复合结构和叠合结构计算模型。该模型通过混凝土塑性损伤模型表征 混凝土的非线性特性，考虑管片内置钢筋对结构力学性能的影响，采用已有模型模拟钢筋屈服、硬化和软化现象， 建立三维螺栓实体代替弹簧单元模拟管片接头，真实反映盾构管片之间、管片与连接螺栓及管片与二次衬砌接合 面的接触情况。以广深港狮子洋隧道双层衬砌为工程实例，建立 2 种计算模型进行研究，通过与依托同样工程背 景下的相似模型试验管片和二次衬砌内力和位移结果进行对比分析，两者具有较好的一致性，验证了该模型模拟 盾构隧道双层衬砌结构力学行为的准确性和适用性。研究结果表明：(1) 双层衬砌在受力过程中管片与二次衬砌 在局部存在非协调变形，接合面发生分离现象，出现零压区。(2) 由于封顶块构造的原因，封顶块对应位置二次 衬砌易出现应力集中现象，该位置轴力和弯矩变化不均匀，管片与二次衬砌接合面接触压应力较其他位置偏大。 研究成果对盾构隧道双层衬砌的设计分析具有一定的参考价值。 关键词：隧道工程；盾构隧道；双层衬砌；数值模型；非连续接触；接合面 中图分类号：U 45 文献标识码：A 文章编号：1000 –6915(2016)02 –0303 –09 Three-dimensional discontinuous contact model for shield tunnels with double-layer lining based on plastic-damage model 1 1 1，2 1 1 WANG Shimin ，YU Qingyang ，PENG Bo ，HE Xiangfan ，YAO Jiabing (1. Key Laboratory of Transportation Tunnel Engineering，Ministry of Education ，Southwest Jiaotong University ， Chengdu，Sichuan 610031，China；2. Engineering Investigation and Design Branch ，Sichuan Road and Bridge(Group) Co. ，Ltd. ， Chengdu，Sichuan 610041，China) Abstract ：Based on the beam-spring and shell-spring models for shield tunnels with double-layer lining ，the