盾构隧道衬砌结构裂缝演化规律及其简化模拟方法

裂缝是盾构隧道衬砌结构的主要病害之一,裂缝的存在严重地影响着衬砌结构的服役性能。为了研究盾构隧道衬砌结构裂缝的演化机制,结合衬砌管片的偏心加载试验,采用多尺度模型模拟了偏心加载过程中衬砌管片裂缝的演化,并对试验和多尺度模型得到的裂缝演化过程进行了对比分析。分析表明:随着加载,裂缝经历了从无到Ⅰ型裂缝的扩展,Ⅰ型裂缝主要沿着径向扩展,最后到Y型裂缝出现;开裂后的混凝土表现为环向径向横观各向同性,衬砌管片力学性能随着裂缝的演化逐渐退化,其退化主要是在环向方向,并且与裂缝特征及其空间位置有关。以此为基础,通过ABAQUS子程序USDFLD来实现衬砌管片环向力学参数随裂缝深度及其空间位置的变化,并将计算结果与多尺度模拟结果进行对比,结果表明提出的简化模拟方法能够简便准确地考虑裂缝演化对衬砌结构力学性能的影响。