随着我国城市化的高速推进,城市基础设施的发展已经成为城市生存和发展的基础和保障,为了解决市政管线剧增而导致的“天空蜘蛛网”“马路拉链”等问题,地下综合管廊应运而生。地下综合管廊的现浇施工工法作为传统施工工法,在城市管廊建设中逐渐暴露出不足之处,因此,对管廊的施工工法进行研究和改进势在必行。预制拼装式地下管廊相比传统的现浇式管廊,在缩短工期、节约材料、节能环保等方面优势明显。因此,对预制拼装管廊在各种工况下的力学性能和安全性进行研究,可有效地推动预制拼装管廊的发展和推广,对城市基础设施的结构优化具有重大工程意义。本文以自主研发的双舱预制装配式管廊为研究对象,按照重力相似率以10:1的比例研制出10组预制拼装管廊模型。以预制拼装管廊在各种工况下的力学性能安全性及动力特性为研究内容,采用室内模型试验及ABAQUS有限元模拟对地面超载、单侧开挖及车辆荷载作用下的地下管廊的安全性、力学性能及廊-土作用机理进行了研究,以期为今后综合管廊的设计与施工提供参考。本文的研究内容主要包括如下几个方面:(1)研制预制拼装管廊试验模型,并对模型所需微粒混凝土进行正交试验,分析水、水泥及矿粉含量的不同对微粒混凝土强度的影响,由试验结果可知,在微粒混凝土中,三个不同变量对于试件强度的敏感程度依次为矿粉>水>水泥,选择Q190的镀锌铁丝以替代钢筋,最终研制出符合重力相似率的预制拼装管廊模型。(2)采用ABAQUS有限元软件建立了预制拼装管廊模型,并通过水平和竖向静载试验对其进行验证,对比分析了这两种工况下的预制拼装管廊变形趋势和管廊节点转动刚度。在验证了ABAQUS软件的模拟模型后,对地面超载和单侧开挖工况下的预制拼装管廊受力及变形状况进行了分析,发现管廊在地面超载工况下,右舱顶板最易损坏,在单侧开挖工况下,左右舱侧板的底部节点处最易损坏,因此,在预制拼装管廊设计中应对这两个节点的刚度进行加强。(3)对车辆荷载作用下的地下管廊进行了形变分析及影响参数研究,将7节预制拼装管廊放入装满砂土的模型箱中,通过在廊侧和廊顶施加竖向循环荷载,以研究不同位置的车辆荷载长期作用对管廊变形及沉降的影响,主要分析内容有:循环荷载作用下加载点位的累计位移及其拟合曲线分析、加载点位的荷载-位移曲线、廊侧加载作用下管廊的形变分析与相关优化建议、廊顶加载作用下管廊的形变分析与相关优化建议及不同加载点位、不同加载幅值对于管廊形态变化的影响分析,通过对比试验结果,发现廊侧和廊顶加载时,管廊的倾角发展趋势差异较大,加载点位相同时,荷载幅值的变化对管廊倾角的影响较大,不同节管廊的倾角变化趋势大致相同,但倾角变化幅度随着与加载点距离的增加而减小。(4)对观测难度较大的预制拼装管廊右舱底部土体进行动力三轴试验,采用正弦波轴压模拟车辆荷载作用下管廊右舱底部的土样轴向受力,改变土样的轴压幅值以模拟不同车辆载重对于土样的影响。通过对比分析竖向循环荷载作用下的管廊试验和动三轴试验,发现可采用动三轴试验对预制拼装管廊的倾斜角度进行预测,进而为今后预制拼装管廊的服役性能及结构形变规律研究提供有效参考。