《軟土盾構法隧道縱向應力鬆弛的發生機理及其效應》是依託同濟大學，由廖少明擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：軟土盾構法隧道縱向應力鬆弛的發生機理及其效應
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：廖少明
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
實踐表明，盾構隧道縱向長期承載及變形的非穩定性與其襯砌環間應力及接觸狀態密切相關。課題圍繞隧道縱向環間應力鬆弛的發生機理這一核心問題展開研究，採用工程實測、模型實驗、數值模擬和理論解析相結合的研究方法，分析隧道襯砌環縫幾何構造及襯砌拼裝過程所致典型非連續幾何接觸狀態、及其與縱向應力鬆弛的相互影響過程及相互關係，推導襯砌環面接觸應力、縱向螺栓應力的鬆弛模型以及襯砌-土體接觸蠕變鬆弛模型等三種要素模型，在此基礎上構建襯砌環整體鬆弛模型；推導、求解基於應力鬆弛的環間臨界承載和變形狀態方程；採用基於上述模型和狀態方程的數值方法定量分析應力鬆弛導致的隧道襯砌環間幾何接觸狀態的變化規律及隧道縱向承載、變形特性，從而揭示隧道結構本體從形成到穩定的演化過程與力學機制，從本質上解決隧道縱向穩定的臨界與時變問題；課題的研究對於管片襯砌隧道環間構造設計、盾構掘進與襯砌拼裝控制等均有重要的理論指導意義和實用價值。
結題摘要
盾構隧道縱向長期承載及變形的非穩定性與其襯砌環間的縱向應力密切相關。圍繞盾構隧道縱向應力鬆弛的發生機理及其效應展開研究。首先通過現場試驗揭示了縱向應力鬆弛的階段性及其演變規律，然後研究了縱向應力鬆弛的發生機理。在此基礎上，構建了盾構隧道縱向應力鬆弛的理論計算模型。最後進一步推導了基於應力鬆弛的隧道襯砌環縫抗剪及接縫滲漏的計算模型。 主要結論如下： （1）分塊管片拼裝後的實測內力經歷了平穩變化、波動或急劇跳躍後逐漸逼近理論值；盾構隧道縱向應力在管片拼裝後將經歷周期性波動、持續衰減、相對穩定、加速衰減四個階段的演變，期間，隧道結構頂部的縱向應力鬆弛最為明顯、腰部次之、底部最小，應力鬆弛度最大可達80%。 （2）盾構隧道縱向應力周期性波動階段持續時間相對較短，且在該階段受千斤頂推力較大等的影響，縱向應力可能出現短期內增大趨勢；持續衰減階段是縱向應力調整的關鍵階段，持續時間超過半年，若計入施工期發生的縱向沉降影響後，該階段的持續時間將進一步延長；後期發生的不均勻沉降導致縱向應力可能由相對穩定階段轉入加速衰減階段，最終造成隧道失穩破壞。 （3）盾構隧道縱向應力鬆弛受隧道接縫幾何接觸條件變化、隧道結構本體材料應力鬆弛和外部環境變化的多重影響。考慮隧道縱向應力鬆弛和密封墊防水性能弱化的共同影響後，襯砌環間滲漏水更為嚴重。 主要創新性工作如下： （1）通過對隧道管片拼裝及運營階段縱橫向應力的全過程連續監測，並結合數值模擬分析，揭示了盾構隧道縱向應力鬆弛的發生機理。 （2）考慮盾構隧道結構的非連續性及其與地基接觸關係的時變特性，推導建立了考慮地基水平剪下蠕變的粘彈性地基梁模型，從理論上分析闡明了盾構隧道縱向應力鬆弛的力學本質及其規律。 （3）建立了盾構隧道在縱向應力鬆弛條件下的接縫滲流量及抗剪承載的計算模型，並據此分析得到了接縫滲漏水和環間抗剪性能的時變規律。
