本项目针对我国城市轨道交通盾构隧道结构的长期健康服役问题，通过深入系统研究，综合考虑氯盐环境和列车荷载的耦合作用，研究了动力荷载对氯离子迁移扩散的影响规律和作用机理。主要研究成果如下： 1）推导了基于混凝土名义抗压强度的损伤状态下孔隙率计算公式，建立了动载损伤作用下混凝土氯离子扩散系数计算方法，引入既有的动载作用下混凝土损伤疲劳研究成果，建立了基于孔隙率演化的动载损伤下氯离子扩散系数计算方法。 2）开展了混凝土试块冲击损伤构造试验、动态弹性模量测试和氯盐人工环境模拟试验，探明了不同侵蚀时间、氯盐浓度及损伤程度下氯离子在混凝土内的侵蚀扩散规律，揭示了损伤下混凝土中氯离子侵蚀机制，建立了多因素共同作用下混凝土中氯离子扩散计算模型。 3）从孔隙弹性变形的角度，建立了均布荷载作用对氯离子扩散的影响分析模型，构建了考虑结构荷载效应及损伤等因素影响下的混凝土氯盐侵蚀耐久性分析方法，同时借助COMSOL软件平台，开发了数值计算程序，并结合实际工程进行了案例应用。 4）建立了考虑外部实际荷载与内部钢筋锈胀力的盾构管片三维计算模型，推导了可用于计算钢筋锈胀弹性体内力及位移的复变函数表达式，构建了盾构隧道结构混凝土锈胀开裂时变理论模型以及基于混凝土锈胀开裂的盾构隧道结构正常使用性能评价方法。 项目研究过程中已发表论文10篇，其中国际SCI期刊论文5篇，EI期刊论文2篇，CSCD论文3篇；获授权发明实用新型专利3项；软件著作权2项；培养博士后1人，硕士研究生2人，在读博士生1人。先后参加学术会议15人次，其中国际会议3人次，国内会议12人次，作大会会议报告或提交会议论文/成果简介5人（篇）次；承担主办学术会议或邀请学术讲座3次。研究部分成果已在广州地铁、长沙地铁中实现应用。

我国城市轨道交通盾构隧道面临的健康服役问题日益突出，如何准确评价和预测其结构性能是当前亟需研究的基础科学问题之一。本项目拟采用理论推导和模拟试验等手段，综合考虑氯盐环境和列车荷载的耦合作用，研究动力荷载对氯离子迁移扩散的影响规律和作用机理，建立动载和氯盐耦合作用下的离子迁移扩散模型、混凝土钢筋蚀变累积模型以及能考虑盾构隧道结构受力特征的混凝土锈胀开裂模型，进而，提出动载和氯盐耦合作用下盾构隧道结构性能演化分析模型和方法，为我国盾构隧道结构性能评估和寿命预计提供理论支持。研究成果可广泛应用于我国城市地铁盾构区间隧道建设中，对我国地铁建设的长期健康发展具有重要的现实意义。

爆破导致的开挖面上地应力瞬态释放是深部岩体开挖扰动的主要因素之一。本项目针对深埋隧洞毫秒延迟爆破全断面开挖和开挖掌子面循环推进过程，拟采用理论分析、数值计算和现场试验验证相结合的方法，研究爆破与瞬态卸荷耦合作用下的围岩损伤演化机制。通过深埋隧洞钻爆开挖岩体开裂破碎过程模拟，建立爆破与岩体开挖瞬态卸荷耦合作用的三维力学模型；分析深埋隧洞爆破开挖过程中围岩动静组合应力场的时空变化规律，研究爆破与瞬态卸荷反复作用下的围岩损伤机理与演化过程，揭示深埋隧洞钻爆开挖围岩损伤时域内的演化历程和空间分布特征，提出反映爆破与瞬态卸荷耦合作用反复扰动影响的深埋隧洞开挖爆破损伤安全阈值。研究成果可为深埋隧洞开挖围岩损伤和变形控制提供理论依据，在水电、交通、深部采矿和核废料深埋处置等工程领域具有广阔的应用前景。

项目以西南高山峡谷地区大型水电工程建设为背景，针对深埋隧洞毫秒延迟爆破全断面开挖和开挖掌子面循环推进过程，研究了深部高地应力岩体爆破破碎过程，确定了爆破开挖面上地应力瞬态卸荷力学过程，建立了爆破与岩体开挖瞬态卸荷耦合作用力学模型；通过研究爆破与岩体开挖瞬态卸荷耦合作用反复扰动引起的围岩应力场调整和围岩损伤演化过程，探明了深埋隧洞爆破开挖诱发围岩损伤破坏的动力扰动机制，揭示了深埋隧洞爆破开挖围岩损伤时域内的演化历程和空间分布特征，提出了反映爆破开挖扰动反复作用影响的深埋隧洞开挖爆破损伤安全阈值。结合项目研究，发表论文16篇，其中SCI论文6篇、EI论文6篇，出版专著1部，培养硕士研究生4人。项目成果有助于加深对深部岩体工程开挖扰动区形成机理与演化规律的认识，丰富了深部岩体开挖效应的分析理论与计算方法，在水利水电、深部采矿和核废料深埋处置等深部岩体工程领域具有推广应用前景。 2100433B

盾构隧道结构性能随着运营时间不断演化，而渗漏水作为影响隧道长期结构性态演化的重要因素之一，越来越引起人们的重视。隧道所处环境复杂，周围为土体-注浆层-衬砌三重介质，但是，目前研究没有充分考虑隧道周围的介质特点。本项目从室内试验、理论解析和数值模拟等多角度开展复杂渗漏条件下盾构隧道长期受力性能的演化研究。研究成果对评价和维护运营盾构隧道结构安全提供了技术支撑。 具体的研究内容和研究成果如下：（1）注浆体渗透性能试验研究。通过室内实验得到了不同浆液在不同固结压力和龄期下的渗透系数。（2）建立了隧道均匀渗漏条件下考虑注浆层影响的盾构隧道渗流场解析解，可以用于预测均匀渗水时隧道周围的孔隙水压力分布、地层沉降及隧道的沉降、受力和变形等长期性态。提出了能完整反映注浆层和衬砌渗透系特性影响的参数RPg，并能依据RPg进行渗水影响预测。（3）通过数值模拟揭示了局部渗水时地层及隧道横向长期性态的发展及注浆层的影响。渗水位置越靠下，渗水引起的地表沉降越小，而隧道沉降、内力及变形均越大，单侧渗水还引起隧道的侧移，渗水位置越靠下，隧道侧向位移越大，对隧道结构越不利。（4）揭示了渗透系数不均匀性对隧道结构性能的影响。渗水时，地层渗透系数各向异性对隧道纵向受力和变形越有利，最大竖向和水平变形曲率和弯矩越小，但是，地层渗透系数各向异性导致隧道横断面水平向拉伸和竖向压缩显著增大，对隧道结构非常不利。（5）基于隧道结构受力特点，建立了隧道直径变化和混凝土受力、螺栓受力以及接头张开量之间的关系，提出了以隧道直径变化作为评价隧道横向结构性态的判定指标。（6）揭示了隧道横向变形注浆控制机理，注浆初期，注浆对隧道的影响以管片转动为主，该阶段隧道接头张开量减小显著，而隧道收敛减小则相对缓慢；随注浆量的增加，注浆引起的管片运动以刚体平动位移为主，该阶段隧道横向收敛显著减小，但注浆引起的接头错台量和隧道侧向位移则不断增加。 2100433B