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新型接头管片盾构隧道断面服役性能随机有限元模拟研究
| 论文题名： | 新型接头管片盾构隧道断面服役性能随机有限元模拟研究 |
| 关键词： | 盾构隧道;接头管片;服役性能;空间变异性;随机有限元模拟 |
| 摘要： | 隧道建造的盾构工法因其自动化程度高、对地面交通影响小、不受限于地表环境等诸多优点，近年来已经广泛应用于我国城市地下空间的建设。然而，随着盾构隧道服役年限的增加，隧道内部常常会出现各类病害，影响运营安全。为了全面评价盾构隧道的安全性能，本文基于地层-结构分析方法、ABAQUS数值模拟及二次开发、K-L级数展开方法、岩土参数随机场理论及局部敏感性分析，探讨了长期运营期间的安全性能，并设计了一种新型接头，能够显著提高盾构隧道的极限承载力。主要研究内容如下： （1）研究了盾构隧道运营期间的受力变形特征，通过地层-结构分析法以及相较于物理实验更为经济的数值模拟分析，验证了接头抗弯刚度及管片性能参数的变化，对隧道断面服役性能的影响。结果表明新型接头能够显著提升隧道的安全性能。 （2）建立了基于K-L级数展开的高斯空间离散随机场，结合python对ABAQUS进行二次开发并进行随机有限元模拟。检验长期服役条件下，新型接头管片盾构隧道断面服役性能的演化趋势，结合蒙特卡洛模拟开展了新型接头管片力学响应的敏感性分析。研究结果可以为新型接头管片隧道的勘察和设计分析选值提供参考价值。 （3）设计了模拟极限工况的试验方案，并给出评估盾构隧道服役期间的安全性能指标，对比分析不同场景下的盾构隧道受力变形模式。结果显示当接头抗弯刚度增大时，相应的位移变形量减小而内力较大，体现了接头对于位移变形的限制作用，且负弯矩抗弯刚度对于管片变形的影响小于正弯矩抗弯刚度。 本文针对不同型式的接头管片盾构隧道结构及周边岩土环境进行了深入研究，对比分析了新型接头与传统螺栓接头的连接刚度对隧道健康服役的作用效果，验证了接头以及岩土参数的变化，对盾构隧道性能的影响，为新型接头的隧道优化设计提供了量化依据。 |
| 作者： | 匡雯 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 陈健 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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