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基于混凝土损伤塑性模型的盾构隧道卸荷损伤机理建模研究( A study on damage mechanism modelling of shield tunnel under unloading based on damage–plasticity model of concrete )
JL A CS B ML C ZW D CC E YL F
土洞邻近施工会对既有盾构隧道的使用性能和选型安全产生不利影响。尽管盾构隧道具有应变软化、刚度退化等固有的非线性损伤力学特性，但以往对盾构隧道开挖响应的相关研究大多是在弹性或弹塑性理论的框架下进行的，而在大变形作用下，盾构隧道的损伤或开裂是不可避免的。为此，本文以混凝土损伤本构模型为基础，考虑混凝土材料的非线性损伤特性，提出了一种合理的盾构隧道卸荷损伤机理和使用性能的建模方法。首先，本文提出了一种新的能量范数正/负分解策略来考虑混凝土的非对称拉/压材料行为，进而建立了双标量损伤本构模型。将损伤本构模型转化为基于三维非线性接触理论和多尺度混合建模技术建立的土洞混合数值模型。结果表明，盾构隧道在卸荷应力作用下，拉损伤为主，压损伤较小，产生附加剪力和弯矩，隧道断面椭圆度和使用性能沿隧道纵向也发生变化。混凝土材料的破坏和退化会降低隧道的承载能力，削弱其抵抗纵向隆起和收敛变形的能力。此外，在两个拐点之间的区域内，隧道上部纵向耦合螺栓容易发生屈服。值得注意的是，拐点附近的节段环破坏最严重，收敛变形最大，使用性能最低，应特别注意。仿真结果表明，所提出的模拟方法能够很好地捕捉盾构隧道在卸载作用下的响应。
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