高温下盾构隧道数值模拟开题报告

1. 研究目的与意义

目的：随着国内地铁的快速发展，盾构隧道建设项目也逐渐增多。

伴随而来的安全问题，尤其是火灾下盾构隧道的结构安全，成为了现有关注的热点之一。

盾构隧道是由管片通过接头拼装而成的，一旦发生火灾，不仅管片构件会发生损伤，作为薄弱环节的接缝结构在高温下的受力特性，其也将对隧道结构安全造成极大的损害；同时，接缝结构是隧道防水的关键，其高温下的灾变行为，如接缝变形过大导致漏水等，将极大的影响盾构隧道的使用功能。

2. 国内外研究现状分析

由于盾构隧道自身的拼装特点，其接缝结构在高温下的力学行为较为复杂，如何建立能够反映接头变形的实际情况的力学模型，并通过接头抗弯刚度反映盾构隧道接缝力学行为并预测其在载荷作用下的变化趋势，是当前的研究的重点。

接头细部构造随着其管片形式及用途的不同而存在较大的差异，研究其在高温下的力学性能应先对接缝结构进行特性分析，确定其受力特性，结合接缝结构高温材料衰变特性，才可以全面的评估其火灾高温下的安全性和可靠性。

3. 研究的基本内容与计划

本文以盾构隧道为研究对象主要采用以下方法进行研究：（1）通过理论分析研究其在火灾高温下的全过程力学行为，建立能反应其各状态的函数表达式，并给出相应的简易算法；（2）以理论分析为基础，采用ABAQUS有限元分析软件，构建盾构隧道三维热力耦合模型，计算并分析盾构隧道在热力耦合条件下的结构反应规律，并探究各载荷参数对整体结构的影响；（3）结合高温下盾构隧道力学模型及热力耦合模型计算结果，采用理论手段分析不同参数盾构隧道可靠指标的变化规律；

4. 研究创新点

有限元法具有以下明显的优点：（1）利用有限元法，可以考虑土体变形协调的本构关系，因此不必引入假定条件，保持严密的理论体系；（2）有限元可以运用于复杂的环境条件，并能模拟土体的施工过程，提供了应力、变形的全部信息；（3）破坏面的形状或位置不需要事先假定；