【摘 要】
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随着地下结构工程的不断发展，盾构隧道往往不可避免地需要穿越断层，研究断层错动下盾构隧道的变形规律和受力特性十分重要。目前，断层错动下隧道响应分析多采用土-隧道整体模型，分析时间较长。对此，提出一种拟静力弹塑性分析方法，提高计算效率和准确性。基于Python程序对ABAQUS的二次开发，建立精细化三维壳-弹簧有限元模型，采用钢筋混凝土塑性损伤本构模拟衬砌管片，以六自由度非线性弹簧单元模拟错缝拼装管环
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随着地下结构工程的不断发展，盾构隧道往往不可避免地需要穿越断层，研究断层错动下盾构隧道的变形规律和受力特性十分重要。目前，断层错动下隧道响应分析多采用土-隧道整体模型，分析时间较长。对此，提出一种拟静力弹塑性分析方法，提高计算效率和准确性。基于Python程序对ABAQUS的二次开发，建立精细化三维壳-弹簧有限元模型，采用钢筋混凝土塑性损伤本构模拟衬砌管片，以六自由度非线性弹簧单元模拟错缝拼装管环及管片间螺栓接头，用全周土弹簧模拟土-结构相互作用，并设立等效边界弹簧以消除边界效应。在土弹簧远端逐步施加断层错距，分析结构在正断层、逆断层和走滑断层错动下的损伤特征规律，据此提出相应抗震措施并对其效果进行分析，取得的研究成果如下：
(1)在正断层错动下，衬砌沿轴向发生张拉变形，衬砌墙脚最容易发生拉压损伤破坏。管片轴向拉伸变形远大于环向，管片在环向和轴向均发生了剪切变形。正断层错动下环间螺栓的受拉破坏对结构破坏起控制作用。
(2)在逆断层错动下，衬砌沿轴向发生挤压变形，衬砌拱腰最容易发生拉压损伤破坏。管片轴向拉伸及剪切变形均大于环向。逆断层错动下环间螺栓的受剪破坏对结构破坏起控制作用。
(3)在走滑断层错动下，衬砌沿轴向发生弯曲变形，衬砌拱顶最容易发生拉压损伤破坏。管片轴向拉伸变形远大于环向，管片在环向和轴向均发生了剪切变形。走滑断层错动下环间螺栓的受剪破坏对结构破坏起控制作用。
(4)提高螺栓强度等级对提高结构可承受的断层错距有一定效果，且对正断层的提高作用最大；提高混凝土强度等级和配筋率的同时提高螺栓强度等级对提高承载力效果不够明显；采用替换断层附近土体为软土同时提高螺栓强度等级的措施，不同断层类型下结构可承受的错距均提高了2至3倍，因此，该措施对盾构隧道抵抗断层错动有十分明显的作用，可为断层错动下盾构隧道的抗震措施提供一定的参考。
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