穿越石膏质岩地层高速公路隧道安全结构体系研究_李化云_9787502494247

本书围绕石膏质岩地层高速公路隧道结构的受力特征及安全性问题开展研究，主要内容包括干湿循环作用下石膏质岩工程特性、石膏质岩干湿循环劣化及膨胀特征对隧道结构的影响、复掺改性材料对混凝土力学性能的影响、抗裂自修复二次衬砌混凝土配合比、钢纤维混凝土力学性能、钢纤维混凝土单层衬砌裂损规律及安全性应用等，为石膏质岩地层高速公路隧道的修建提供参考。本书可供从事隧道工程设计、施工、建设管理的工程技术人员以及科研人员使用，也可作为高等院校相关专业的本科生和研究生的学习参考书。

目录1绪论11.1研究背景及意义11.2研究现状及存在的问题31.2.1石膏质岩物性指标及强度特性研究现状31.2.2石膏质岩膨胀特性研究现状51.2.3干湿循环作用下隧道结构受力特征数值模拟研究现状71.2.4矿物掺合料混凝土抗渗阻裂特性研究现状81.2.5聚丙烯纤维混凝土抗渗阻裂特性研究现状101.2.6水泥基渗透结晶型防水剂研究进展121.2.7钢纤维混凝土单层衬砌受力特征及应用研究现状151.3主要研究内容201.3.1干湿循环作用下石膏质岩隧道衬砌结构受力特征及安全性研究201.3.2隧道衬砌结构自防水混凝土的研发及其抗渗阻裂特性研究211.3.3钢纤维混凝土单层衬砌结构裂缝演化规律及安全性研究221.4技术路线232石膏质岩组分及干湿循环作用下物性指标研究242.1问题的提出242.2石膏质岩干湿循环处理242.3石膏质岩元素组分及含量分析262.3.1试样制备262.3.2X射线光电子能谱分析262.3.3X射线荧光光谱分析282.4干湿循环作用下石膏质岩物性指标研究292.4.1天然含水率和干密度分析292.4.2结晶水率和水化率分析312.4.3吸水率分析342.5本章小结363干湿循环作用下石膏质岩三轴力学特性研究373.1问题的提出373.2干湿循环作用下石膏质岩三轴压缩试验373.2.1试验设备373.2.2试样制备及试验步骤383.2.3试验结果与分析393.3干湿循环作用下石膏质岩循环损伤效应分析473.3.1数据标准化方法473.3.2循环损伤系数分析493.4本章小结524石膏质岩膨胀特性及膨胀潜势研究544.1问题的提出544.2石膏质岩的膨胀机理544.3石膏质岩膨胀特性指标研究554.3.1试样制备554.3.2自由膨胀率试验554.3.3膨胀率试验574.3.4膨胀力试验594.4石膏质岩BET比表面积分析604.4.1比表面积测试方法614.4.2试验设备及仪器参数614.4.3试样制备及试验步骤624.4.4试验结果与分析634.5石膏质岩膨胀潜势分析654.5.1国内外膨胀岩分级654.5.2石膏质岩的膨胀潜势判定664.6本章小结685石膏质岩隧道围岩膨胀及干湿循环劣化作用数值模拟研究705.1问题的提出705.2三维隧道力学计算模型建立705.2.1工程概况705.2.2数值计算模型705.2.3模型力学参数715.3膨胀作用对石膏质岩隧道结构的影响分析725.3.1数值模拟中膨胀作用的实现725.3.2膨胀作用数值模拟步骤745.3.3初期支护结构应力及位移分析745.3.4初期支护结构内力分析765.3.5初期支护结构安全性分析775.4干湿循环作用对石膏质岩隧道结构的影响分析785.4.1数值模拟中干湿循环作用的实现785.4.2干湿循环作用数值模拟步骤795.4.3初期支护结构应力及位移分析795.4.4初期支护结构内力分析835.4.5初期支护结构安全性分析845.5膨胀干湿循环耦合作用对初期支护结构的影响分析845.5.1初期支护结构应力及位移分析845.5.2初期支护结构内力分析875.5.3初期支护结构安全性分析875.6本章小结886基于正交设计的混凝土渗裂性能影响因素的显著性研究906.1问题的提出906.2基准配合比设计906.2.1原材料及性能指标906.2.2基准配合比计算946.2.3混凝土室内试拌试验966.3正交试验方案设计986.3.1正交试验基本原理986.3.2参数选取及试验安排996.4混凝土力学性能及耐久性能室内试验1016.4.1试件制备1016.4.2抗压强度试验1016.4.3劈裂抗拉强度试验1036.4.4抗渗性能试验1036.5正交试验结果计算与分析1056.5.1抗压强度试验结果及分析1066.5.2劈裂抗拉强度试验结果及分析1096.5.3抗渗性能试验结果及分析1126.5.4多指标问题的综合评分1166.6本章小结1187基于响应曲面法的混凝土自修复性能试验研究1207.1问题的提出1207.2响应曲面法的基本原理1207.3混凝土力学性能自修复试验1227.3.1试验方案设计1227.3.2混凝土抗压强度自修复性能试验及响应面分析1247.3.3混凝土抗拉强度自修复性能试验及响应面分析1307.4混凝土抗渗性能自修复试验1377.4.1试验方案设计1377.4.2试验结果及分析1387.5本章小结1398复掺改性材料对混凝土性能影响的微观机理分析1418.1问题的提出1418.2SEM扫描电镜分析1418.2.1概述1418.2.2SEM扫描电镜试验方法1418.2.3SEM扫描电镜试验结果及分析1428.2.4SEM扫描电镜总结1488.3XRD衍射物相分析1488.3.1概述1488.3.2XRD衍射试验方法1488.3.3XRD衍射试验结果及分析1498.4本章小结1519荷载作用下隧道二次衬砌结构模型试验研究1539.1问题的提出1539.2缩尺模型与相似模型的特点分析1539.3二次衬砌结构模型试验设计1549.3.1二次衬砌结构模型制作1549.3.2监测元器件及测点布置1559.3.3模型加载方案及试验步骤1589.4模型试验结果及分析1599.4.1衬砌模型应变及初裂荷载分析1599.4.2衬砌模型位移及破坏模式分析1619.4.3二次衬砌模型弯矩及轴力分析1629.5本章小结16410钢纤维混凝土单层衬砌支护作用及破坏机理分析16610.1隧道单层衬砌的结构形式及支护特性16610.1.1单层衬砌的结构类型16610.1.2单层衬砌的支护对象16810.1.3单层衬砌的支护特点16910.1.4基于单层衬砌的围岩支护特征曲线法原理17010.2隧道单层衬砌的力学传递机理分析17210.2.1单层衬砌的局部受力机理17210.2.2单层衬砌的整体受力机理17410.3钢纤维在衬砌混凝中的增强机理和阻裂原理17510.3.1钢纤维在混凝土中的增强机理17510.3.2钢纤维在混凝土中的阻裂原理17910.4本章小结18111CF35强度的钢纤维混凝土力学性能试验研究18211.1钢纤维混凝土力学性能试验设计18211.1.1试验原材料18211.1.2试验用料配合比及试件分组设计18411.1.3试件浇筑与养护成型18711.2钢纤维混凝土抗压性能试验与结果分析18911.3钢纤维混凝土弹性模量测试与结果分析19311.4钢纤维混凝土弯曲韧性试验与结果分析19611.4.1钢纤维混凝土梁荷载挠度曲线19611.4.2试件破坏形态与抗弯韧性指标19911.5本章小结20412钢纤维混凝土单层衬砌裂损规律及安全性模型试验研究20612.1相似模型试验概述及相似理论20612.1.1相似模型试验概述与原型概况20612.1.2相似模型试验基本理论20712.2相似准则推导与相似系数20812.2.1相似准则的推导20812.2.2确定模型试验的相似系数20912.3相似材料的确定与配合比试验21012.3.1相似材料的选用原则21012.3.2围岩相似材料21112.3.3钢纤维混凝土单层衬砌相似材料21412.4模型试验准备及试验步骤21812.4.1单层衬砌模型的制作21812.4.2模型试验过程及步骤22012.5模型试验结果与分析22312.5.1单层衬砌裂缝分布及演化规律22312.5.2围岩与单层衬砌模型间的接触压力22612.5.3单层衬砌模型位移及变形分析22812.5.4单层衬砌结构内力分析22912.5.5单层衬砌结构安全性分析23212.6本章小结23413基于XFEM的钢纤维混凝土单层衬砌裂损规律研究23713.1断裂力学基本理论及XFEM在断裂问题中的应用23713.1.1裂纹类型及断裂力学简述23713.1.2扩展有限元法（XFEM）基本理论与隧道衬砌断裂判据23913.2钢纤维混凝土开裂过程的应力应变关系24113.3钢纤维混凝土梁弯曲韧性有限元分析24413.3.1 钢纤维混凝土数值计算假定24413.3.2钢纤维混凝土梁建模与网格划分24413.3.3约束及加载条件24613.3.4数值计算结果与分析24613.4钢纤维混凝土单层衬砌结构裂缝演化规律及安全性数值分析25113.4.1钢纤维混凝土单层衬砌模型的建立及参数确定25213.4.2钢纤维混凝土单层衬砌裂缝演化规律结果分析25413.4.3钢纤维混凝土单层衬砌内力及安全性结果分析25713.5本章小结25914结论26114.1干湿循环作用下石膏质岩隧道衬砌结构受力特征及安全性研究26114.2隧道衬砌结构自防水混凝土的研发及其抗渗阻裂特性研究26214.2.1三种外加材料的不同掺入比例对混凝土力学及抗渗性能的显著性影响26214.2.2外加材料的不同掺入比例对混凝土自修复性能的影响及相互作用效应26314.2.3复掺改性材料对混凝土微观形貌特征和水化反应的影响26314.2.4基准混凝土与FPPRC混凝土二次衬砌结构模型试验研究26414.3钢纤维混凝土单层衬砌结构裂缝演化规律及安全性研究26414.3.1不同钢纤维掺量及长径比时混凝土的力学性能26414.3.2不同钢纤维掺量及长径比时混凝土的抗弯韧性26514.3.3模型试验模型材料的配合比26514.3.4单层衬砌的裂损规律、内力分布规律及安全性265参考文献267

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