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富水区盾构隧道管片力学及接头密封垫防水性能研究
| 论文题名： | 富水区盾构隧道管片力学及接头密封垫防水性能研究 |
| 关键词： | 富水区盾构隧道;管片接头力学;接头密封垫;流固耦合;防水性能 |
| 摘要： | 盾构隧道因具有建设周期短、受天气影响小、抵抗自然灾害能力强等优点，成为了城市公共及跨江越海交通的首选方式。随着盾构隧道建设规模不断增大，富水区盾构隧道不断增多，丰富的地下水不仅严重影响隧道的正常施工，也给运营期间隧道衬砌结构安全带来不良影响。 本文以济南地铁某工程区间为背景，通过数值模拟、室内试验等方法，针对富水区盾构隧道管片力学性能及接头密封垫防水性能演化规律开展研究，得到了不同地下水位条件下隧道整环衬砌及局部管片接头力学性能变化规律，揭示了密封垫防水性能演化规律及防水性能失效机制，主要研究内容如下: （1）基于实际工况利用ABAQUS有限元软件建立了盾构隧道整环管片数值计算模型，研究地下水位变化对管片力学性能的影响规律，获得了隧道变形、管片轴力和弯矩等力学状态的空间分布规律，得到了最不利工况，并以此工况来研究封顶块位置变化对隧道管片力学性能的影响规律，得到了隧道管片随封顶块位置改变的力学响应特征，确定了最不利荷载条件，得到了受力危险区域。 （2）基于最不利条件，建立管片接头精细化模型，研究压弯组合荷载作用下管片接头张开量、转角、螺栓应力等力学参数的变化规律。并在此基础上对不同工况下管片接头密封垫力学性能展开数值分析，获得了不同工况下接头密封垫接触应力变化规律。此外，针对富水区盾构隧道高地下水位的特点，利用ABAQUSCEL方法建立了管片接头密封垫流固耦合模型，研究了渗流过程中密封垫变形、表面接触应力及外水压演化规律，得到了水体突破密封垫发生渗漏水过程的四个阶段，得到了不同阶段密封垫表面接触应力以及外水压变化特征，揭示了水压作用下密封垫防水失效机制。 （3）采用课题组自主设计研发的盾构隧道管片接头水一力耦合渗漏水试验装置，开展了室内试验，研究了管片接头张开、拼装错台、荷载产生的错台、转角等不利工况下管片接头密封垫装配应力及最大耐水压变化规律，与数值模拟数据相验证，得到了接头密封垫防水性能衰减的主要原因。 |
| 作者： | 郭江浩 |
| 专业： | 土木水利 |
| 导师： | 王剑宏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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