基于颗粒离散元的碳纤维混凝土盾构管片变形及裂纹扩展特性研究

• Published in: 城市轨道交通研究 Vol. 27; no. 8; pp. 166 - 173
• Main Author: 赵立财
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 中铁十九局集团第三工程有限公司,110136,沈阳 2024; 台湾科技大学工程学院,106335,台北
• Subjects: deformation characteristics; 碳纤维混凝土; urban rail transit; 盾构管片; 裂纹扩展特性; shield segment; 变形特性; 颗粒离散元; crack propagation char-acteristics; carbon fiber concrete; particle discrete element; 城市轨道交通
• ISSN: 1007-869X
• DOI: 10.16037/j.1007-869x.2024.08.029

TU528.572%U451+.4; [目的]南京地铁7号线晓庄站—万寿站区间盾构隧道处于岩层破碎、地下水发育处,该区间地质条件极其复杂,对预制管片抗裂和抗压强度要求较高,而普通混凝土管片无法满足结构抗裂要求,因此提出在混凝土中掺入碳纤维,并对碳纤维混凝土盾构管片变形及裂纹扩展特性进行深入研究.[方法]基于颗粒离散元理论,通过单轴DEM(离散元方法)试验的应力-应变曲线确定混凝土材料平行黏结接触模型的细观强度参数,建立碳纤维混凝土管片抗弯强度试验数值模型,对碳纤维混凝土管片的强度、破坏特征、裂纹扩展模式及变形等进行了分析.[结果及结论]抗弯强度试验数值模拟结果表明:在不同加载工况下,碳纤维对混凝土管片强度的提高作用有限,但碳纤维结构具有较大抗拉强度,显著提高了管片的抗变形和抗断裂能力;掺入碳纤维的混凝土管片在加载过程中,其底部先产生1条竖向张拉裂纹,随着加载的继续,底部产生3条竖向张拉裂纹且未出现压溃现象.当加载达到混凝土极限压应力时,管片出现了压缩裂纹;随着压缩裂纹与张拉裂纹贯穿,此时管片将会达到极限强度破坏状态.在加载过程中,碳纤维混凝土管片中存在变形最小区域,随着加载的持续,其变形最小区域从管片接头端部逐渐向压头位置转移.由此可见,碳纤维混凝土管片能够满足岩层破碎和地下水发育区间隧道的安全性和稳定性要求.