橡胶垫与混凝土接触模型及其在盾构隧道中的应用研究

发布时间：2021-04-19 03:56

　　接触摩擦在工程实际中普遍存在,其属于非线性问题,而且一直是相对比较困难的重要研究课题。如何正确分析接触面受力变形机理、剪切破坏发生的位置、接触面的应力-应变关系、载荷的传递过程等,这对接触摩擦问题的研究至关重要。在目前的盾构隧道中,盾构管片由几块预制的钢筋混凝土块体拼装组成,管片块体与块体之间存在径向接头、环与环之间存在环向接头。在周围土体荷载作用下,管片块体间产生相互接触作用,这对盾构管片稳定性具有重要影响。并且接头处管片块体均贴有橡胶垫层,其为超弹性材料,使接头处管片块体间接触摩擦响应变得更加复杂。本文利用直剪试验研究橡胶垫层与混凝土接触面的接触摩擦特性;采用基于势能的PPR内聚力模型描述接触面接触摩擦特性,对直剪试验进行计算分析;通过三维有限元法结合内聚力理论研究隧道衬砌在荷载作用下的破坏规律,并与衬砌原型试验结果进行对比分析,探讨隧道衬砌在局部偏压、背后空洞和拱顶松弛地压条件下,隧道衬砌裂缝的分布、扩展规律和破坏形式;基于层级化模型思想,采用地层-结构法,建立盾构隧道二维层级化模型和和三维非连续模型,运用接触理论,研究管片径向和环向接头处接触摩擦响应对盾构管片稳定性影响。（1）... 

【文章来源】：中国矿业大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：163 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

盾构隧道Fig.1.1Shieldtunnel

技术路线图

工程国家重点实验室的深部岩石非线性力学试验系统（如图2.1），该加载系统可同时在 X、Y、Z 三个方向进行加载，三个方向最大加载值为50、45、45kN。试验过程中通过顶部和两侧位移和荷载监测装置记录试验过程试件的荷载、位移与时间的关系曲线。剪切盒由上下两部分组成，尺寸为 320×160×145mm，剪切盒上部和下部的内部尺寸均为 110×110×50 mm，如图 2.2。试验过程中将试件放入剪切盒内，并在剪切盒内添加薄钢垫块将试验试件固定。图 2.1 试验加载装置 图 2.2 剪切盒Fig. 2.1 Testing setup Fig. 2.2 Shear test box2.2 试验试件试验试件主要由混凝土块体和橡胶垫层组成。混凝土块体参照盾构隧道混凝土管片制作的配比要求进行浇筑制作，尺寸为 100×100×50mm（误差为±1mm）

【参考文献】：
期刊论文
[1]衬砌背后空洞影响下隧道结构裂损规律试验研究[J]. 张旭,张成平,冯岗,韩凯航.  岩土工程学报. 2017(06)
[2]偏压荷载下裂损特征对隧道衬砌受力影响试验[J]. 刘学增,刘文艺,桑运龙,古银城.  土木工程学报. 2015(10)
[3]基于FDEM的隧道衬砌裂缝开裂过程数值分析[J]. 张芳,王淑鹏,张国锋,胡邵凯,冯吉利.  岩土工程学报. 2016(01)
[4]三峡库区典型土石混合体与混凝土接触面大型剪切试验研究[J]. 张国栋,罗雯,杜鹏.  水利水电技术. 2014(08)
[5]基于三维非连续接触模型的管片接头静动力特性分析[J]. 艾辉军,彭立敏,施成华.  岩土工程学报. 2013(11)
[6]盾构隧道衬砌结构接头处刚度削弱效应的试验研究[J]. 唐元松,余海见.  港工技术. 2013(03)
[7]极限荷载条件下盾构管片接头模型比较研究[J]. 董新平.  岩土工程学报. 2013(06)
[8]盾构法隧道地表变形影响因素多尺度数值模拟[J]. 沈鋩杰,张子新,蒋华钦.  地下空间与工程学报. 2013(02)
[9]基于扩展有限元的隧道衬砌裂缝开裂数值分析[J]. 黄宏伟,刘德军,薛亚东,王平让,刘印.  岩土工程学报. 2013(02)
[10]盾构隧道管片纵缝错台的影响分析[J]. 李宇杰,何平,秦东平.  工程力学. 2012(11)

博士论文
[1]非连续接触计算模型在盾构衬砌力学特性方面的应用研究[D]. 李宇杰.北京交通大学 2012
[2]盾构隧道衬砌管片结构的力学性能试验及理论研究[D]. 周海鹰.大连理工大学 2011

硕士论文
[1]狮子洋水下盾构隧道错缝式拼装管片衬砌结构的原型试验[D]. 邹育麟.西南交通大学 2010
[2]上海长江隧道衬砌整环结构力学性能研究[D]. 闫思凤.同济大学 2008
[3]上海长江隧道衬砌结构整环试验与研究[D]. 王彪.同济大学 2007
[4]盾构隧道管片接头性态研究[D]. 严佳梁.同济大学 2006



本文编号：3146784