目前国内盾构地道多选用钢筋混凝土管片,在混凝土出产、运输、组装和投入运营后都有或许出现裂纹,裂纹发生原因所占比例如图1[3]所示,可见管片开裂多出现在施工阶段.盾构管片的开裂直接影响地道的耐久性,所以对施工过程中管片的受力过程和受力特征的剖析研讨显得尤为重要.在盾构掘进过程中,千斤顶推力以盾构千斤顶推力的反力形式效果于管片上,在施工中对管片部分影响[4].掘进时最为理想的状况是管片环中线轴线与盾构机中心轴线重合,但实践掘进过程中这两条轴线的偏差不时存在,然后经常会造成千斤顶的中心没有效果在管片环的中心上,引起管片偏疼受压,发生轴向弯矩,当此弯矩到达一定程度,即会发生管片裂纹[1].许多学者对盾构地道施工期间衬砌管片受力特征及裂纹进行了研讨[5-9],但多是针对平坦接头的管片,很少研讨带榫管片的受力特征及裂纹分布.同时,带有裂纹的管片对错接连的,在多数对管片裂纹的研讨中,都是将管片视作接连介质,通过数值结果中管片的应力分布,结合一些准则或剖析手法进行的[5,8-10].扩展有限单元法(XFEM)作为一种模拟裂纹扩展的老练手法较少用于管片裂纹分布规则的研讨中.图1盾构管片损坏原因Fig.1Causesofsegmentcracks本文选用ABAQUS中的扩展有限元技术进行了一系列的数值剖析,并将结果与实践工程中的状况比较,证明了XFEM的适用性,得到了凸榫管片在受多种要素影响的千斤顶效果下的裂纹分布规则.1盾构地道管片裂纹分类在盾构掘进施工过程中,地道管片受千斤顶反效果力、注浆压力、盾尾密封刷的效果力及周围土体压力等效果[11].此外,衬砌的装置精度和一次纠偏量与规划考虑会有所差别[12-13].在以上要素的相互影响下,盾构管片会出现不同的受力特征,如环向和纵向的轴压及偏疼受压、剪切和扭曲等,然后使管片出现不同性状的破损和裂纹.依据裂缝出现的部位及方向不同,能够分为如图2所示的4类[6,8].(a)边角部裂纹(b)纵向裂纹(c)环向裂纹(d)部分裂纹(接缝处)图2裂纹品种Fig.2Cracktypes2有限元模型的树立2.1管片尺度以某地铁工程为例,一个管片圆环由6个管片组装而成,包含1个封顶块、2个邻接块和3个规范块.本文选取一个规范块进行有限元数值核算,管片外径6.2m,内径5.5m,宽1.2m,厚0.35m,如图3.规范管片上有纵向手孔4个,环向手孔6个,由于管片径向旁边面在加载过程中或许会与相邻管片多次揉捏及别离,故径向旁边面不能看作铰链或固定束缚,在管片两边树立两个基座[7]用于准确模拟这种杂乱的边界条件.图4为树立好的模型网格图.图3管片尺度Fig.3Segmentdimension2.2材料参数混凝土塑性损伤模型所需参数如下[14]:管片混凝土弹性模量为26.48GPa;泊松比为0.167;剪胀角为15;偏疼率为0.1;双轴与单轴紧缩强度比值为1.16;屈从常数为0.6667.管片混凝土的紧缩和拉伸特性见表1.混凝土之间及混凝土与钢板间的冲突因数都取0.35.表1混凝土紧缩拉伸特性Tab.1Concretecompressiveandtensileproperties紧缩应力/MPa非弹性应变损伤变量拉伸应力/MPa非弹性应变损伤变量