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原文传递考虑围岩蠕变效应的盾构隧道围岩--管片长期相互作用规律研究

论文题名：	考虑围岩蠕变效应的盾构隧道围岩--管片长期相互作用规律研究
关键词：	盾构隧道;围岩结构;管片衬砌;相互作用;蠕变效应
摘要：	随着我国经济高速发展和现代化建设水平的提高，轨道交通建设得到大力发展，尤其是近几年内城市轨道交通建设数量、规模均达到新高，我国轨道交通由高速建设期转入全面运维期。其中，地铁作为城市轨道交通的主要形式，常采用盾构法进行施工建设，具有施工效率高、地层适应性强、对周围环境影响小等优点，因此在城市地铁隧道建设中得到广泛应用。在地铁盾构隧道的长期运营过程中，围岩在地应力的作用下产生蠕变效应，导致围岩-衬砌相互作用模式发生变化，隧道结构呈现出极为复杂的长期变形特征，对隧道长期运营安全产生显著影响。因此，在充分考虑围岩蠕变效应的基础上开展围岩-管片结构长期相互作用规律研究是进行地铁隧道长期运营安全评估的重要前提。　　本文依据盾构隧道的服役环境特点，基于围岩介质蠕变效应，开展了盾构隧道围岩-管片结构长期相互作用模型试验和数值模拟研究，分析了盾构隧道变形的时效特征，阐明了围岩-管片结构内部应力分布特征和围岩-管片接触力的长期演化规律，揭示了围岩介质蠕变效应下管片与围岩间的长期相互作用规律。本文主要研究内容如下: 　　(1)针对青岛地铁六号线某区间隧道围岩特征，基于正交试验配制围岩相似材料，获取相似材料物理力学参数，通过敏感性因素分析，确定影响相似材料物理力学参数的主控因素，进而确定围岩相似材料配比。开展了围岩相似材料的三轴蠕变试验，获得蠕变试验曲线，分析其蠕变特性，通过曲线拟合获取蠕变参数，为后续模型试验及数值模拟奠定基础。　　(2)采用自主设计的“盾构隧道围岩-管片结构长期相互作用模拟试验装置”，考虑隧道埋深和侧压力系数的影响，开展了围岩介质蠕变效应影响下的围岩二管片长期相互作用模型试验，获得了围岩、管片关键位置的应力、变形时变曲线，分析了围岩应力、围岩-管片接触力、管片结构内力和径向位移时效演化特征，揭示了围岩-管片结构长期变形与相互作用规律。　　(3)采用ABAQUS有限元软件和CREEP子程序建立了考虑围岩蠕变效应的围岩-管片相互作用数值模型，模拟了长期作用下围岩-管片相互作用变化情况，探讨了围岩-管片结构内部应力、管片衬砌结构径向位移和围岩-管片接触力的变化规律，通过与模型试验结果对比分析，验证了数值模型的可靠性。　　(4)综合考虑长期运营时间、围岩蠕变特性、管片拼装方式、埋深与侧压力系数等影响因素，分析了围岩和运营隧道衬砌结构力学和变形特征时效演化规律，阐述了各因素对围岩-管片衬砌结构长期相互作用的影响，并以管片衬砌结构位移量为安全指标，对盾构隧道运营长期安全性进行了分析评价。
作者：	马徐晋
专业：	建筑与土木工程
导师：	杨磊
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2022