2023年12月18日下午14:00-18:00，课题组卜祥洪同学的博士学位论文《内水压作用下围岩与双层衬砌共同作用机理及设计方法研究》答辩会顺利进行。

答辩会邀请了同济大学黄宏伟教授作为答辩主席，北京交通大学袁大军教授，东南大学李霞教授，上海市政工程设计研究总院官林星正高级工程师，同济大学谭勇教授和张洁教授，以及卜祥洪导师张冬梅教授作为答辩委员，答辩秘书为谢小创博后。

最终，答辩委员会全票通过了卜祥洪同学的工学博士学位申请，建议授予其工学博士学位，并推荐为校优秀博士学位论文。答辩结束后，卜祥洪同学与答辩委员会专家合影留念（图1）。

图1 卜祥洪与答辩委员会专家合影（现场人员由左往右分别为：张洁、谭勇、黄宏伟、卜祥洪、张冬梅、官林星、谢小创，线上人员为袁大军、李霞）

卜祥洪同学的博士学位论文围绕内水压作用下双层衬砌破坏机理、盾构隧道内外衬共同作用机理、围岩-双层衬砌联合承载能力展开研究，并提出了内水压作用下盾构隧道双层衬砌设计方法（图2），论文主要创新点如下：

（1）设计了原型试验内水压加载系统，可实现内水压加载至盾构隧道双层衬砌的极限破坏，揭示了内衬开裂后双层衬砌承载能力变化规律，以及盾构隧道双层衬砌结构全过程破坏机理。

（2）建立了内外衬接触面双弹簧模型和接缝组合弹簧模型，考虑内衬钢筋与混凝土粘结滑移关系，提出了能够模拟内衬多次开裂过程的扩展有限元模拟方法，揭示了内水压作用下双层衬砌共同承载机理。

（3）考虑内外衬接触面影响以及抗拉刚度变化，建立了围岩-双层衬砌共同作用力学模型，提出了基于抗裂性能和防水性能的围岩-双层衬砌共同承载设计方法。

图2 学位论文技术路线

论文首先开展了盾构隧道双层衬砌内压承载原型试验（图3）。基于原型试验结果，揭示了内水压作用下盾构隧道双层衬砌全过程破坏规律，分析了内水压作用下内外衬力学性能的变化规律，并以抗拉刚度为指标，研究了双层衬砌损伤对其承载能力的影响。

图3 盾构隧道双层衬砌结构内水压承载原型试验

为研究复杂工况下双层衬砌内水压承载性能，论文进一步建立了双层衬砌扩展有限元数值模拟方法（图4）。基于优化稳定扩展有限元，考虑内衬开裂后钢筋与混凝土粘结滑移，采用双弹簧模型模拟内外衬接触面传力能力，通过接缝组合弹簧模拟接缝刚度动态变化，提出了双层衬砌扩展有限元数值模拟方法，可以准确模拟钢筋混凝土内衬多次开裂过程，以及反映接触面传力能力和接缝状态对双层衬砌承载特性的影响（图5）。采用所提出的数值模拟方法，研究了接触面刚度和围岩力学特性对双层衬砌力学性能和破坏机理的影响，揭示了内外衬共同作用机理及围岩-双层衬砌内水压联合承载能力。

图4 盾构隧道双层衬砌数值模型

图5 数值模拟结果与原型试验结果对比

论文通过Goodman接触面模型考虑内外衬接触面传力性能，得到了外部水土荷载作用下内外衬共同作用解析解（图6）；论文考虑内衬开裂和接缝状态变化对内外衬抗拉刚度的影响，提出了内外衬等效模量计算公式，基于围岩-外衬-内衬共同作用力学模型，得到了内水压作用双层衬砌内力解析解（图7）；进而提出了基于抗裂性能和防水性能的双层衬砌设计方法。

图6 外部荷载作用下双层衬砌力学模型

图7 内水压作用下双层衬砌力学模型

卜祥洪

研究方向：

盾构隧道双层衬砌力学行为

教育经历：

2017年本科毕业于中国矿业大学土木工程专业；

2023年博士毕业于同济大学土木工程专业。

撰稿：卜祥洪

编辑：李曦

校对：章艺严

审核：黄忠凯