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运营隧道盾构管片侵蚀劣化与长期变形规律研究
| 论文题名： | 运营隧道盾构管片侵蚀劣化与长期变形规律研究 |
| 关键词： | 运营隧道;盾构管片;侵蚀劣化;长期变形;室内试验 |
| 摘要： | 我国国民经济快速发展、城市化进程稳步推进，城市轨道交通隧道的建设与运营规模快速提升。盾构法是轨道交通隧道建设的主要方法，盾构隧道运营环境复杂，地下水渗流及离子侵蚀作用加剧了管片劣化程度，导致病害、灾害频繁发生，对运营安全构成极大威胁。因此，研究侵蚀环境下管片的长期变形演变规律，对运营期隧道的服役性能预测和长期安全评价具有重要的理论意义。 本文采用室内试验与数值模拟方法，从宏观与微观角度分析了离子侵蚀环境条件下管片材料的力学性能演变规律，研究了自由扩散条件和水压加载条件下侵蚀离子在管片材料内部的分布运移规律，得到了管片材料的侵蚀劣化时效性拟合函数，揭示了考虑侵蚀作用下管片结构的长期变形演变规律。主要研究成果如下: (1)研究了复杂侵蚀环境作用下管片材料的力学性能衰退演变规律。选取侵蚀离子种类、浓度、侵蚀时间、材料强度等级等影响因素，开展了离子加速侵蚀试验，研究了管片材料的抗压强度、劈裂抗拉强度、极限压应变等力学参数随侵蚀时间的变化特征，探讨了管片材料强度特性与变形特性的演变规律;借助SEM扫描电镜和低场核磁共振微观检测技术，分析了管片材料在不同侵蚀阶段的微观结构特征，从微观角度阐明了管片材料力学性能演变的内在机理。 (2)研究了复杂侵蚀环境作用下侵蚀离子在管片材料内部的分布运移规律。基于侵蚀离子的外部自由扩散和内部水压加速侵蚀试验，考虑了侵蚀离子种类、浓度、侵蚀时间、材料强度等级、水压等影响因素，获得了管片材料内部离子浓度随侵蚀时间的演化规律，分析了管片材料在不同侵蚀阶段受侵蚀的最大深度，探讨了侵蚀环境作用下管片材料内部侵蚀离子的空间分布规律。 (3)研究了复杂侵蚀环境作用下管片材料的侵蚀范围演化规律。基于ABAQUS有限元数值模拟软件的质量扩散模块，建立了侵蚀离子扩散的数值模型，与试验结果对比，验证了数值模型的适用性和可靠性，分析了侵蚀离子在管片材料内部的侵蚀范围演化规律，得到了管片材料的侵蚀劣化时效性拟合函数，为复杂侵蚀环境下管片结构的长期变形规律研究奠定了基础。 (4)研究了复杂侵蚀环境下管片结构的长期变形规律。基于有限元数值模拟方法，建立了考虑侵蚀作用的围岩.管片结构数值模型，开展了管片结构的长期变形规律研究，对比分析了未受侵蚀、侵蚀与水力耦合侵蚀管片结构的应力、位移、受压损伤系数随服役时间的演变规律，得到了离子侵蚀作用与水压作用对管片结构长期变形的影响，探讨了复杂侵蚀环境下管片结构的长期变形演变规律。 |
| 作者： | 杨敏 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 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 |
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