基于离散元的盾构隧道双层衬砌接触面剪切特性研究

来源：同济大学学报·自然科学版杂志2025年第11期北京时间：

作者：张冬梅，李润东，王溪源，宗朝阳

单位：1.同济大学 土木工程学院，上海 200092;2.中建铁路投资建设集团有限公司华东分公司，江苏 南京 210019

摘要：盾构隧道双层衬砌间的共同作用机理对于隧道整体安全性能至关重要。为探究双层衬砌接触面的抗剪强度性能，基于PFC3D离散元程序，开展了不同内衬混凝土强度、界面粗糙度及法向应力条件下的管片-内衬混凝土剪切的数值模拟试验，获得了不同工况条件下管片-内衬混凝土的剪切应力-应变关系及细观裂纹发展规律。根据试验结果，提出了剪切破坏时存在张拉剪切破坏及剪切滑移破坏两种模式，并针对两种破坏模式开展了接触面上单个微凸体的局部力学分析。研究结果表明：随着粗糙度及法向应力的增加，裂纹开展逐渐由接触面上转移至混凝土内部，即剪切破坏模式由剪切滑移破坏逐渐过渡到张拉剪切破坏；在考虑接触面剪切破坏机制的基础上，基于Mohr-Coulomb准则提出了多因素耦合作用下双层衬砌接触面的抗剪强度计算方法，为盾构隧道双层衬砌接触面的抗剪强度参数确定提供了理论支撑。

关键词：盾构隧道,双层衬砌,抗剪强度,PFC3D程序,接触面

基金资助：国家重点研发计划（2022YFC3800905）；国家自然科学基金（52238010，52090082）；上海市“科技创新行动计划”优秀技术带头人计划（22XD1430200）；同济大学学科交叉联合攻关项目（2022-3-ZD-07）