目前國內盾構地道多選用鋼筋混凝土管片,在混凝土出產、運輸、組裝和投入運營后都有或許出現裂紋,裂紋發生原因所占比例如圖1[3]所示,可見管片開裂多出現在施工階段.盾構管片的開裂直接影響地道的耐久性,所以對施工過程中管片的受力過程和受力特征的剖析研討顯得尤為重要.在盾構掘進過程中,千斤頂推力以盾構千斤頂推力的反力形式效果于管片上,在施工中對管片部分影響[4].掘進時最為理想的狀況是管片環中線軸線與盾構機中心軸線重合,但實踐掘進過程中這兩條軸線的偏差不時存在,然后經常會造成千斤頂的中心沒有效果在管片環的中心上,引起管片偏疼受壓,發生軸向彎矩,當此彎矩到達一定程度,即會發生管片裂紋[1].許多學者對盾構地道施工期間襯砌管片受力特征及裂紋進行了研討[5-9],但多是針對平坦接頭的管片,很少研討帶榫管片的受力特征及裂紋分布.同時,帶有裂紋的管片對錯接連的,在多數對管片裂紋的研討中,都是將管片視作接連介質,通過數值結果中管片的應力分布,結合一些準則或剖析手法進行的[5,8-10].擴展有限單元法(XFEM)作為一種模擬裂紋擴展的老練手法較少用于管片裂紋分布規則的研討中.圖1盾構管片損壞原因Fig.1Causesofsegmentcracks本文選用ABAQUS中的擴展有限元技術進行了一系列的數值剖析,并將結果與實踐工程中的狀況比較,證明了XFEM的適用性,得到了凸榫管片在受多種要素影響的千斤頂效果下的裂紋分布規則.1盾構地道管片裂紋分類在盾構掘進施工過程中,地道管片受千斤頂反效果力、注漿壓力、盾尾密封刷的效果力及周圍土體壓力等效果[11].此外,襯砌的裝置精度和一次糾偏量與規劃考慮會有所差別[12-13].在以上要素的相互影響下,盾構管片會出現不同的受力特征,如環向和縱向的軸壓及偏疼受壓、剪切和扭曲等,然后使管片出現不同性狀的破損和裂紋.依據裂縫出現的部位及方向不同,能夠分為如圖2所示的4類[6,8].(a)邊角部裂紋(b)縱向裂紋(c)環向裂紋(d)部分裂紋(接縫處)圖2裂紋品種Fig.2Cracktypes2有限元模型的樹立2.1管片尺度以某地鐵工程為例,一個管片圓環由6個管片組裝而成,包含1個封頂塊、2個鄰接塊和3個規范塊.本文選取一個規范塊進行有限元數值核算,管片外徑6.2m,內徑5.5m,寬1.2m,厚0.35m,如圖3.規范管片上有縱向手孔4個,環向手孔6個,由于管片徑向旁邊面在加載過程中或許會與相鄰管片多次揉捏及別離,故徑向旁邊面不能看作鉸鏈或固定束縛,在管片兩邊樹立兩個基座[7]用于準確模擬這種雜亂的邊界條件.圖4為樹立好的模型網格圖.圖3管片尺度Fig.3Segmentdimension2.2材料參數混凝土塑性損傷模型所需參數如下[14]:管片混凝土彈性模量為26.48GPa;泊松比為0.167;剪脹角為15;偏疼率為0.1;雙軸與單軸緊縮強度比值為1.16;屈從常數為0.6667.管片混凝土的緊縮和拉伸特性見表1.混凝土之間及混凝土與鋼板間的沖突因數都取0.35.表1混凝土緊縮拉伸特性Tab.1Concretecompressiveandtensileproperties緊縮應力/MPa非彈性應變損傷變量拉伸應力/MPa非彈性應變損傷變量