第1章 绪论 1

1.1 撞击问题的提出 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 列车本体撞击力学行为 2

1.2.2 工程结构撞击力学行为 3

1.2.3 衬砌混凝土开裂行为 4

1.2.4 管片接头力学特性 5

1.2.5 双层衬砌力学行为 6

1.2.6 结构多尺度分析理论 6

1.3 本书内容 7

第2章 基于列车-刚性墙模型的列车撞击荷载 9

2.1 列车有限元模型 9

2.1.1 列车材质 9

2.1.2 列车模型 10

2.2 列车响应 11

2.2.1 模拟工况 11

2.2.2 列车撞击刚性墙力学行为 11

2.2.3 撞击力与撞击速度的关系 14

2.2.4 撞击力与撞击角度的关系 16

2.2.5 列车撞击力拟合公式 17

2.3 本章小结 19

第3章 基于列车撞击荷载的单双层管片衬砌动力响应 20

3.1 撞击动力学与损伤理论 20

3.1.1 撞击动力学控制方程 20

3.1.2 隐式时间积分法 21

3.1.3 损伤概念及假定 22

3.1.4 损伤演化方程 24

3.1.5 ABAQUS混凝土塑性损伤理论 30

3.1.6 损伤有限元分析流程 32

3.2 数值模型 33

3.2.1 材料参数 33

3.2.2 管片衬砌塑性损伤本构 33

3.2.3 动力边界 35

3.2.4 围岩结构模型 36

3.2.5 管片衬砌接头模拟方法 38

3.2.6 数值分析点 40

3.3 不同衬砌形式管片衬砌动力响应 41

3.3.1 模拟工况 41

3.3.2 MISES应力响应对比 41

3.3.3 位移响应对比 43

3.3.4 速度响应对比 45

3.3.5 加速度响应对比 47

3.3.6 损伤演化对比 48

3.4 不同撞击力作用下管片衬砌动力响应 54

3.4.1 模拟工况 54

3.4.2 不同撞击速度 55

3.4.3 不同撞击角度 58

3.5 本章小结 61

第4章 基于列车撞击荷载的单层衬砌开裂力学行为 63

4.1 衬砌裂缝扩展的力学理论 63

4.1.1 衬砌开裂模型 63

4.1.2 基于扩展有限元法的裂缝模拟技术 65

4.1.3 基于扩展有限元法裂缝仿真的ABAQUS实现 68

4.2 单层衬砌开裂分析模型 71

4.2.1 材料参数 71

4.2.2 分析模型 71

4.2.3 三维接触 74

4.2.4 管片衬砌编号 75

4.2.5 撞击荷载施加 76

4.3 单层管片衬砌开裂 76

4.3.1 裂缝扩展 76

4.3.2 裂缝开度 86

4.4 本章小结 93

第5章 基于列车撞击荷载的双层衬砌开裂力学行为 95

5.1 双层衬砌盾构隧道开裂模型 95

5.2 二次衬砌开裂 96

5.2.1 裂缝扩展 96

5.2.2 裂缝开度 104

5.3 单双层衬砌下管片衬砌的开裂对比 109

5.3.1 管片衬砌开裂区域 109

5.3.2 管片衬砌裂缝开度 110

5.4 本章小结 113

第6章 盾构隧道接头螺栓开裂及其对管片衬砌开裂的影响 115

6.1 接头螺栓开裂 115

6.1.1 环向弯螺栓 115

6.1.2 纵向直螺栓 117

6.2 管片衬砌的开裂 120

6.2.1 管片衬砌开裂区域 120

6.2.2 管片衬砌裂缝开度 121

6.3 本章小结 127

第7章 基于列车撞击荷载的盾构隧道接头螺栓失效特性 128

7.1 撞击数值模型 128

7.1.1 有限元模型 128

7.1.2 基本材料参数 130

7.1.3 连接单元失效准则 130

7.2 接头螺栓断裂失效特性 131

7.2.1 计算分析工况 131

7.2.2 螺栓失效力学特性 132

7.2.3 螺栓失效对衬砌的影响 136

7.3 撞击速度对螺栓失效的影响 138

7.3.1 撞击速度分析工况 139

7.3.2 不同撞击速度下螺栓失效特性 139

7.4 螺栓参数对螺栓失效的影响 142

7.4.1 螺栓参数分析工况 142

7.4.2 不同螺栓直径下螺栓失效特性 142

7.4.3 不同螺栓强度下螺栓失效特性 144

7.5 本章小结 146

第8章 基于车隧耦合系统动态接触撞击的车体与盾构隧道损伤特性 147

8.1 动态接触理论 147

8.1.1 接触系统约束条件 147

8.1.2 动态接触平衡方程 148

8.1.3 接触界面计算方法 149

8.2 车-隧耦合系统数值分析模型 152

8.2.1 列车多体耦合分析模型 152

8.2.2 围岩与衬砌分析模型 155

8.2.3 动力接触关系 157

8.2.4 动力分析边界 158

8.3 列车本体撞击响应特性 159

8.3.1 列车车辆变形特性 160

8.3.2 列车能量转换特性 163

8.3.3 列车撞击力学特性 165

8.4 隧道结构撞击响应特性 168

8.4.1 管片衬砌位移特性 170

8.4.2 管片衬砌损伤特性 174

8.5 本章小结 182

第9章 车隧耦合系统下列车速度对管片衬砌脆性破坏的影响 184

9.1 速度工况 184

9.2 管片衬砌动力响应对比 184

9.2.1 位移响应 185

9.2.2 损伤响应 187

9.3 管片衬砌脆性破坏特性 191

9.3.1 混凝土脆性断裂模型 191

9.3.2 单元失效模型 194

9.3.3 撞击作用下管片衬砌破碎特征 194

9.4 本章小结 198

第10章 基于多尺度理论的列车撞击盾构隧道损伤特性 199

10.1 多尺度界面连接理论 199

10.1.1 相同类型单元界面连接 199

10.1.2 不同类型单元界面连接 202

10.2 管片结构多尺度静力学数值试验 206

10.2.1 数值试验模型 206

10.2.2 数值试验结果 208

10.3 盾构隧道结构多尺度模型撞击动力响应 211

10.3.1 隧道结构多尺度模型 211

10.3.2 位移响应 212

10.3.3 损伤响应 213

10.3.4 计算效率 215

10.4 本章小结 216

参考文献 217

附录 2232100433B