目錄

前言

第1章 緒論 1

1.1 目的及意義 1

1.2 國內外研究現狀 3

1.2.1 黃土本構關系及其在襯砌結構研究中的應用 3

1.2.2 隧道襯砌試驗設備研發 5

1.2.3 黃土隧道圍巖惡化對襯砌結構的影響研究 8

1.2.4 隧道襯砌結構裂縫研究 9

1.2.5 健康評價體系研究 11

1.2.6 隧道裂縫修補方法及材料研究 12

1.2.7 地聚合物膠凝材料及性能研究 15

1.3 本書主要內容 18

第2章 結構性鄧肯-張本構模型及其二次開發 20

2.1 概述 20

2.2 黃土的結構性參數及公式擬合 20

2.2.1 三軸剪切條件下黃土結構性參數msε 20

2.2.2 三軸剪切條件下黃土結構性參數msε的公式擬合 22

2.2.3 三軸剪切條件下黃土結構性參數msε計算軟件設計 27

2.3 靜荷作用下非飽和黃土的結構性鄧肯-張本構模型 29

2.3.1 結構性鄧肯-張本構模型的推導 30

2.3.2 黃土結構性鄧肯-張本構模型的二次開發 32

2.3.3 ANSYS中黃土結構性鄧肯-張本構模型的驗證 40

2.4 小結 42

第3章 圍巖浸水惡化后黃土隧道襯砌受力數值計算 43

3.1 概述 43

3.2 黃土隧道圍巖浸水及襯砌結構劣化的客觀存在 43

3.3 黃土裂縫浸水擴散范圍 45

3.4 建立有限元模型 46

3.4.1 本構關系與單元選擇 47

3.4.2 邊界條件和模型參數 47

3.4.3 計算工況的確定 48

3.5 二次襯砌表面接觸壓力結果分析 50

3.5.1 兩側拱腳圍巖浸水 50

3.5.2 兩側拱腰圍巖浸水 52

3.5.3 一側（右側）拱腳圍巖浸水 55

3.5.4 一側（右側）拱腰圍巖浸水 56

3.5.5 一側（右側）拱腳圍巖與另一側（左側）拱腰圍巖浸水 58

3.6 小結 59

第4章 隧道襯砌結構力學性能測試平臺的研發與試驗設計 61

4.1 概述 61

4.2 隧道襯砌力學性能測試平臺的設計 61

4.2.1 驅動系統 62

4.2.2 加載系統 63

4.2.3 控制系統 64

4.3 試驗測試平臺安全性驗算 66

4.4 測試平臺的操作流程 71

4.5 試驗測試平臺可靠性驗證 73

4.6 黃土圍巖浸水惡化下隧道襯砌模型試驗設計 75

4.6.1 相似理論及量綱分析 75

4.6.2 試驗相似條件及相似常數 78

4.6.3 襯砌相似材料試驗 80

4.7 模型襯砌制作 84

4.8 試驗測試內容及元件布設 89

4.8.1 量測內容與目的 89

4.8.2 測試元件布設 89

4.9 加載工況 90

4.9.1 開始加載至未浸水階段加載 90

4.9.2 不同浸水工況下加載 91

4.9.3 浸水5m至模型失穩階段加載 94

4.10 小結 95

第5章 黃土圍巖浸水惡化下襯砌結構力學性能演化特征 96

5.1 概述 96

5.2 不同浸水工況下襯砌應變分布規律 96

5.2.1 未浸水階段 97

5.2.2 不同浸水工況 98

5.3 圍巖浸水過程中襯砌內力變化及分布 108

5.3.1 襯砌軸力變化及分布 108

5.3.2 襯砌彎矩變化及分布 118

5.3.3 內力變化及分布 128

5.4 小結 129

第6章 黃土圍巖浸水惡化下襯砌結構性能劣化機理 132

6.1 概述 132

6.2 襯砌變形和裂縫發展規律 132

6.2.1 兩側拱腳圍巖浸水 132

6.2.2 兩側拱腰圍巖浸水 135

6.2.3 一側（右側）拱腳圍巖浸水 138

6.2.4 一側（右側）拱腰圍巖浸水 141

6.2.5 一側（右側）拱腳圍巖與另一側（左側）拱腰圍巖浸水 144

6.3 圍巖浸水條件下襯砌裂縫分布特征 147

6.3.1 橫斷面裂縫類型分布規律 147

6.3.2 裂縫形態分布規律 149

6.3.3 開裂部位分布規律 150

6.3.4 縱向貫穿長度分布規律 150

6.3.5 開裂深度分布規律 152

6.3.6 貫通類型分布規律 154

6.3.7 內外側分布規律 155

6.3.8 壓板相對位置分布規律 156

6.4 襯砌結構能量變化分析 158

6.4.1 襯砌開裂對整體結構卸能范圍分析 158

6.4.2 襯砌開裂對局部結構卸能范圍分析 161

6.5 帶裂縫襯砌可承擔荷載比 167

6.6 圍巖浸水襯砌劣化后襯砌重點加固位置及加固目標 169

6.6.1 裂縫分布特征判斷圍巖浸水類型 169

6.6.2 圍巖浸水惡化下襯砌劣化后襯砌重點加固位置及加固目標 169

6.7 小結 171

第7章 圍巖浸水惡化下黃土公路隧道結構健康綜合評價體系 174

7.1 概述 174

7.2 評價體系構建總體思路 174

7.3 評價等級的確定 175

7.4 安全隸屬度函數構建 176

7.4.1 現行分級評定標準缺陷 176

7.4.2 安全等級隸屬度 176

7.4.3 建立安全等級隸屬函數 177

7.5 評價體系各構建要素分級 178

7.5.1 裂縫（內因）分級 178

7.5.2 圍巖（外因）分級 186

7.5.3 耦合程度分級 186

7.5.4 耦合關系分級及調整標準 188

7.6 綜合評價體系評定原則及評價流程 189

7.6.1 綜合評價體系評定原則 189

7.6.2 隧道評定區段評定單元劃分 191

7.6.3 各評定單元健康等級評定 191

7.6.4 隧道襯砌結構整體健康等級評定 192

7.6.5 評價流程 192

7.7 襯砌結構健康綜合評價體系可靠性驗證 193

7.7.1 檢驗工況選取 193

7.7.2 檢驗工況評價過程演示及評定結果 193

7.7.3 其余檢驗工況評定結果 195

7.7.4 檢驗工況評定結果分析 200

7.8 小結 201

第8章 隧道結構裂縫修補材料的配合比及性能研究 203

8.1 概述 203

8.2 試驗原材料 203

8.3 地聚合物膠凝材料的配合比 204

8.3.1 地聚合物膠凝材料的影響因素 204

8.3.2 配合比對抗折強度的影響 205

8.3.3 配合比對抗壓強度的影響 210

8.3.4 配合比對黏結強度的影響 213

8.3.5 最佳配合比的確定 216

8.4 地聚合物膠凝材料的性能試驗 217

8.4.1 地聚合物膠凝材料的抗壓強度試驗 217

8.4.2 地聚合物膠凝材料的抗折強度試驗 219

8.4.3 地聚合物膠凝材料的凝結時間試驗 220

8.4.4 地聚合物膠凝材料的X射線衍射試驗 222

8.4.5 地聚合物膠凝材料的SEM試驗 223

8.5 小結 224

第9章 試驗平臺研制與試驗設計 226

9.1 概述 226

9.2 隧道襯砌裂縫診治平臺簡介 226

9.3 平臺應力公式的推導 230

9.3.1 力學公式 230

9.3.2 力學計算 231

9.4 試件的制作和修補材料的調配 232

9.4.1 混凝土試件的制作 232

9.4.2 修補材料的調配 233

9.5 平臺應用 234

9.6 小結 235

第10章 隧道襯砌裂縫修補模型試驗及工藝流程 237

10.1 概述 237

10.2 無張拉應力狀態下裂縫修補試驗及結果分析 237

10.3 張拉應力狀態下裂縫修補試驗及結果分析 240

10.4 帶水狀態下裂縫修補試驗及結果分析 242

10.4.1 帶水狀態下裂縫修補試驗 242

10.4.2 地聚合物防水性能試驗 245

10.5 地聚合物膠凝材料修補工藝流程 246

10.5.1 無滲漏水隧道裂縫的修補工藝 247

10.5.2 滲漏水隧道裂縫的修補工藝 248

10.6 小結 248

參考文獻 250 2100433B

本書針對在役黃土公路隧道結構病害問題，在總結已有黃土公路隧道相關研究成果的基礎上，詳細研究黃土圍巖浸水惡化后隧道襯砌結構性能演化特征和劣化機理，并選取適用于圍巖浸水惡化情況下黃土隧道襯砌結構的相關評價指標，建立相應的隧道健康評級體系。同時，選取適用于隧道襯砌結構裂縫修補的地聚合物膠凝材料的最佳配合比，并研究地聚合物膠凝材料在兩種狀態下的黏結性能和修補效果，論證了地聚合物膠凝材料作為襯砌裂縫修補材料的可行性。

通過大量對不同組成體系的溶液化學、電化學和物相分析試驗，確定水泥材料與硫酸鹽介質作用后，有害化合物形成反應機理和條件，結合水泥混凝土和砂漿試件經受硫酸鹽介質侵蝕后，其微觀結構觀測、物相分析和物理力學性能的測試，揭示混凝土的硫酸鹽侵蝕機理與劣化的相關性。為今后提高混凝土耐硫酸鹽性能和混凝土使用壽命設計方法的研發、現場混凝土結構物的侵蝕破壞程度的評價方法和維護技術的開發，以及混凝土材料耐硫酸鹽性能的有效試驗方法的建立等提供理論和實驗依據。這對我國國民經濟建設和社會發展具有非常重要的意義。

《巖溶隧道災變預測與處治技術讀本》在學習和總結前人經驗的基礎上，結合作者近年工程實踐，系統總結了國內外巖溶成因、巖溶探測預報技術以及巖溶處治技術；簡要分析了巖溶產生條件、巖溶發育特征、巖溶水運動特征和巖溶突水災變特征等；以圓粱山巖溶隧道為工程背景，進行了巖溶突水類型的力學分析，通過概化巖溶突水地質模式，構建巖溶突水計算模型，對巖溶隧水災變過程和災變機理進行了系統分析；在對巖溶進行分類的基礎上，總結了巖溶處治的基本原則，針對不同類型的巖溶，闡述了各類巖溶隧道施工中的關鍵處治技術、施工工藝和工程對策。《巖溶隧道災變預測與處治技術讀本》內容豐富，實踐性強，是一本集巖溶隧道施工經驗和研究成果為一體的綜合書籍。《巖溶隧道災變預測與處治技術讀本》可供礦山、地質、交通、國防、水利水電等相關工程技術人員、科研人員以及高等院校本科生和研究生等參考使用。2100433B