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申请/专利权人：中南大学

摘要：本发明涉及盾构隧道密封垫，提供盾构隧道老化密封垫应力松弛模型参数确定方法及应用，本方法通过单轴压缩试验得到预压缩状态下老化橡胶试样的压缩σ‑ε曲线，建立了以平均应力松弛系数作为性能指标的加速老化模型，利用阿伦尼乌斯方程得到橡胶试样老化试验工况和实际服役时间的时温转换关系，采用内插法得到不同服役时间的圧缩σ‑ε曲线族，构建应力松弛模型并拟合得到不同服役时间的模型参数，得到模型参数在实际服役状态下的时变关系。本发明通过室内试验及时温转换关系得到了实际服役状态下的应力松弛模型参数时变函数，在进行数值模拟时可以准确获得相应服役时间的模型参数，有助于复杂预压缩状态密封垫长期服役性能预测，提高盾构隧道安全性。

主权项：1.盾构隧道老化密封垫应力松弛模型参数确定方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、设置不同的试验条件，对材质、加工工艺与盾构隧道橡胶密封垫相同的橡胶试样进行预压缩状态下的加速老化试验，得到不同试验条件的老化橡胶试样；所述试验条件包括预压缩应变、老化温度和老化时间；步骤二、对未老化橡胶试样以及步骤一所述不同试验条件的老化橡胶试样分别进行单轴压缩试验，得到未老化橡胶试样与每个老化橡胶试样的压缩应力-应变曲线；单轴压缩试验时，将老化橡胶试样压缩至老化前的预压缩应变；步骤三、将老化橡胶试样在预压缩应变时的应力与未老化橡胶试样在相同应变时的应力之比作为应力松弛系数，根据步骤二得到的未老化橡胶试样与每个老化橡胶试样的压缩应力-应变曲线，计算得到老化橡胶试样在不同预压缩应变时的平均应力松弛系数，根据时温等效理论建立以平均应力松弛系数为性能指标的加速老化模型并拟合得到反应常数，根据加速老化模型中的反应常数采用阿伦尼乌斯方程建立老化橡胶试样的时温转换关系，根据时温转换关系将老化橡胶试样在加速老化试验时的老化温度和老化时间转换为实际服役状态时的服役时间；步骤三中，老化橡胶试样在不同预压缩应变时的平均应力松弛系数按式（3.1）确定： ；式中，为老化橡胶试样的平均应力松弛系数；KRi为第i个预压缩应变时老化橡胶试样的应力松弛系数；σ0i为第i个预压缩应变时未老化橡胶试样的应力，σ1i为第i个预压缩应变时老化橡胶试样的应力；i＝1、2、...、n，n为加速老化试验中所选预压缩应变的数量；步骤三中，根据时温等效理论，所述以平均应力松弛系数作为性能指标的加速老化模型按式（3.2）建立： ；式中，B，K，α为反应常数；t为橡胶老化时间或服役时间；步骤四、按步骤三转换的服役时间对步骤二所得老化橡胶试样的圧缩应力-应变曲线进行分组，确定服役时间相同的圧缩应力-应变曲线组，对圧缩应力-应变曲线组中任意相邻两条不同预压缩应变的圧缩应力-应变曲线，采用内插法按预压缩应变分别进行插值，得到已有预压缩应变范围内任意预压缩应变的圧缩应力-应变曲线，将服役时间相同的所有圧缩应力-应变曲线组成一个圧缩应力-应变曲线族；采用内插法插值得到老化橡胶试样多个不同服役时间的圧缩应力-应变曲线族；建立老化橡胶试样在单轴压缩试验时基于Mooney-Rivlin模型的应力松弛模型，根据每个圧缩应力-应变曲线族拟合得到对应服役时间的应力松弛模型参数，根据不同服役时间的模型参数建立模型参数在实际服役状态下的时变关系；步骤四中，所述内插法采用线性内插法；对圧缩应力-应变曲线组中相邻两条不同预压缩应变的圧缩应力-应变曲线，采用线性内插法按预压缩应变分别进行插值，得到已有预压缩应变范围内任意预压缩应变的圧缩应力-应变曲线如式（4.1）： ；式中，σεi、σεi+1分别为第i、i+1个预压缩应变时老化橡胶试样的应力；σεi+k、εp,i+k、εc,i+k分别为第i+k个预压缩应变时老化橡胶试样的应力、预压缩应变、永久应变；ε为老化橡胶试样在单轴压缩状态时的应变；m为第i、i+1个预压缩应变的两条压缩应力-应变曲线间的插值次数，k为插值曲线的编号，k＝1,2,3,...m-1；其中，σεi、σεi+1、εp,i+k、εc,i+k按式（4.2）~（4.4）确定： ；式中，εp,i、εp,i+1分别为单轴压缩试验设置的第i、i+1个预压缩应变；εc,i、εc,i+1分别为单轴压缩试验测得第i、i+1个预压缩应变时老化橡胶试样的永久应变。

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