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摘要
接缝处的接触面长度和接触刚度等对拼装式盾构隧道衬砌结构的承载能力和力学行为有着十分显著的影响。盾构管片接缝处常用的传统面-面接触模型呈现出十分明显的网格相关性，较大削弱了数值试验的实用价值。利用数值流形方法(NMM)不需要划分边界相适应计算网格的优点以及强大的不连续-连续统一分析能力，本文建立了可以自然模拟盾构管片在接缝位置不连续的NMM数值模型，提出了基于虚拟薄层的管片接缝接触模型，并给出了固定积分点位置的虚拟薄层单元生成算法和接触迭代算法。该模型原理简单、数值实施方便、计算结果稳定，良好克服了计算结果的网格相关性，其计算结果与足尺接头试验的对比表明了本文方法的有效性和正确性。在此基础上，进一步研究了接触面长度对隧道管片的接缝力学行为及转动刚度的影响。研究结果表明：随着实际有效接触面的减小，接缝内侧张开位移及转角呈指数级增加，接缝的转动刚度也大幅减小，故在盾构隧道设计施工过程中要注意管片的接缝长度和拼装精度，并分析验算其实际接缝刚度。
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单位土木工程学院; 同济大学
