盾构隧道横向变形的精细化数值研究

发布时间：2017-07-26 08:09

  本文关键词：盾构隧道横向变形的精细化数值研究

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【摘要】：大量运营中的盾构隧道统计表明,隧道结构受外部作业的影响诱发过大横向变形的现象日益普遍,由此引发隧道直径收敛过大、纵缝张开、管片压碎掉块、隧道渗漏水、管片开裂等严重病害,危及隧道的正常运营和结构安全。横向变形是由盾构隧道的横向刚度决定的,修正惯用法以匀质环模拟带接缝的管片衬砌环,采用横向刚度有效率来反映匀质环隧道横向刚度的折减,三者之间存在一一对应的关系。现有的横向刚度有效率取值研究多局限于弹性变形阶段,较大变形阶段的隧道结构简化计算模型中的刚度有效率取值则缺乏准确性与合理性。本文以此为背景,针对盾构隧道横向变形及横向刚度有效率的取值问题开展了全加载过程的三维精细化数值研究工作。研究成果可为盾构隧道的使用与维护提供有价值的参考,进而完善盾构管片衬砌结构的计算分析理论。研究内容与取得的成果总结如下:(1)以广州地铁典型盾构隧道管片衬砌结构为原型,运用非线性结构分析软件,建立了横向匀质、通缝及错缝拼装的两环(1/2+1+1/2环)三维精细化数值模型,进行了拱顶竖向线荷载下的模拟计算,针对盾构隧道管片环直径变形量、径向变形量、纵缝张开量及混凝土裂缝四个方面进行分析,得出了通缝和错缝拼装盾构隧道的横向变形特征及其发展规律。(2)结合已有研究成果,提出了一种新的横向刚度有效率的计算方法。根据上述隧道加载模拟的一系列直径变形结果,计算得到了通缝和错缝拼装盾构隧道横向刚度有效率的取值及其变化规律。(3)根据盾构隧道结构设计与施工特点,针对螺栓预紧力、螺栓强度等级和钢筋强度等级三个影响因素开展了敏感性分析,研究了对通缝和错缝拼装盾构隧道横向变形及横向刚度有效率取值的影响。
【关键词】：盾构隧道 横向变形 横向刚度有效率 错缝 数值模拟
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U455.43
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 研究背景及意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-18
• 1.2.1 盾构隧道结构横向问题分析13-15
• 1.2.2 盾构隧道横向刚度有效率分析15-18
• 1.3 本文主要研究内容18-19
• 第二章 盾构隧道管片衬砌结构的数值建模19-31
• 2.1 引言19
• 2.2 盾构隧道管片衬砌结构设计19
• 2.3 建模假设19-21
• 2.4 几何模型21-22
• 2.5 材料本构关系及计算参数22-27
• 2.5.1 混凝土本构关系23-25
• 2.5.2 Von Mises模型25-27
• 2.5.3 材料参数27
• 2.6 网格划分、接触设定及荷载边界27-29
• 2.6.1 网格划分27
• 2.6.2 接触设定27-29
• 2.6.3 荷载和边界条件29
• 2.7 分析控制29-30
• 2.8 本章小结30-31
• 第三章 盾构隧道横向变形的数值分析31-52
• 3.1 引言31
• 3.2 模型测点布置及量测说明31-32
• 3.3 横向变形分析32-51
• 3.3.1 直径变形量32-41
• 3.3.1.1 通缝环分析32
• 3.3.1.2 错缝环分析32-33
• 3.3.1.3 拼装方式的影响分析33-41
• 3.3.2 径向变形分析41-44
• 3.3.3 纵缝张开分析44-48
• 3.3.4 混凝土开裂分析48-51
• 3.4 本章小结51-52
• 第四章 盾构隧道横向刚度有效率的计算分析52-66
• 4.1 引言52-53
• 4.2 横向刚度有效率的定义53-57
• 4.3 横向刚度有效率计算分析57-61
• 4.3.1 直径变形-荷载拟合曲线切线斜率的计算57
• 4.3.2 通缝环横向刚度有效率的计算分析57-60
• 4.3.3 错缝环横向刚度有效率的计算分析60-61
• 4.4 与现有结论对比61-65
• 4.4.1 与现有定义对比61-62
• 4.4.2 与现有模型试验结果对比62-63
• 4.4.3 与现有数值模拟结果对比63-64
• 4.4.4 与现有理论解对比64-65
• 4.5 本章小结65-66
• 第五章 盾构隧道横向变形及刚度有效率的敏感性分析66-86
• 5.1 引言66
• 5.2 螺栓预紧力66-72
• 5.2.1 横向变形分析66-72
• 5.2.1.1 通缝拼装66-67
• 5.2.1.2 错缝拼装67-72
• 5.2.2 横向刚度有效率分析72
• 5.3 螺栓强度等级分析72-79
• 5.3.1 横向变形分析72-74
• 5.3.1.1 通缝拼装72-73
• 5.3.1.2 错缝拼装73-74
• 5.3.2 横向刚度有效率分析74-79
• 5.4 钢筋强度等级分析79-85
• 5.4.1 横向变形分析79-80
• 5.4.1.1 通缝拼装79
• 5.4.1.2 错缝拼装79-80
• 5.4.2 横向刚度有效率分析80-85
• 5.5 本章小结85-86
• 结论与展望86-89
• 结论86-88
• 展望88-89
• 参考文献89-92
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果92-93
• 致谢93-94
• 附件94

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 黄钟晖,廖少明,侯学渊;错缝拼装衬砌纵向螺栓剪切模型的研究[J];岩石力学与工程学报;2004年06期

2 况龙川,李智敏,殷宗泽;地下工程施工影响地铁隧道的实测分析[J];清华大学学报(自然科学版);2000年S1期

3 况龙川;深基坑施工对地铁隧道的影响[J];岩土工程学报;2000年03期

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本文编号：575402