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第1章 绪论1

1.1 目的及意义1

1.2 国内外研究现状3

1.2.1 黄土本构关系及其在衬砌结构研究中的应用3

1.2.2 隧道衬砌试验设备研发5

1.2.3 黄土隧道围岩恶化对衬砌结构的影响研究8

1.2.4 隧道衬砌结构裂缝研究9

1.2.5 健康评价体系研究11

1.2.6 隧道裂缝修补方法及材料研究12

1.2.7 地聚合物胶凝材料及性能研究15

1.3 本书主要内容18

第2章 结构性邓肯-张本构模型及其二次开发20

2.1 概述20

2.2 黄土的结构性参数及公式拟合20

2.2.1 三轴剪切条件下黄土结构性参数m？20

2.2.2 三轴剪切条件下黄土结构性参数m？的公式拟合22

2.2.3 三轴剪切条件下黄土结构性参数m？计算软件设计27

2.3 静荷作用下非饱和黄土的结构性邓肯-张本构模型29

2.3.1 结构性邓肯-张本构模型的推导30

2.3.2 黄土结构性邓肯-张本构模型的二次开发32

2.3.3 ANSYS中黄土结构性邓肯-张本构模型的验证40

2.4 小结42

第3章 围岩浸水恶化后黄土隧道衬砌受力数值计算43

3.1 概述43

3.2 黄土隧道围岩浸水及衬砌结构劣化的客观存在43

3.3 黄土裂缝浸水扩散范围45

3.4 建立有限元模型46

3.4.1 本构关系与单元选择47

3.4.2 边界条件和模型参数47

3.4.3 计算工况的确定48

3.5 二次衬砌表面接触压力结果分析50

3.5.1 两侧拱脚围岩浸水50

3.5.2 两侧拱腰围岩浸水52

3.5.3 一侧（右侧）拱脚围岩浸水55

3.5.4 一侧（右侧）拱腰围岩浸水56

3.5.5 一侧（右侧）拱脚围岩与另一侧（左侧）拱腰围岩浸水58

3.6 小结59

第4章 隧道衬砌结构力学性能测试平台的研发与试验设计61

4.1 概述61

4.2 隧道衬砌力学性能测试平台的设计61

4.2.1 驱动系统62

4.2.2 加载系统63

4.2.3 控制系统64

4.3 试验测试平台安全性验算66

4.4 测试平台的操作流程71

4.5 试验测试平台可靠性验证73

4.6 黄土围岩浸水恶化下隧道衬砌模型试验设计75

4.6.1 相似理论及量纲分析75

4.6.2 试验相似条件及相似常数78

4.6.3 衬砌相似材料试验80

4.7 模型衬砌制作84

4.8 试验测试内容及元件布设89

4.8.1 量测内容与目的89

4.8.2 测试元件布设89

4.9 加载工况90

4.9.1 开始加载至未浸水阶段加载90

4.9.2 不同浸水工况下加载91

4.9.3 浸水5m至模型失稳阶段加载94

4.10 小结95

第5章 黄土围岩浸水恶化下衬砌结构力学性能演化特征96

5.1 概述96

5.2 不同浸水工况下衬砌应变分布规律96

5.2.1 未浸水阶段97

5.2.2 不同浸水工况98

5.3 围岩浸水过程中衬砌内力变化及分布108

5.3.1 衬砌轴力变化及分布108

5.3.2 衬砌弯矩变化及分布118

5.3.3 内力变化及分布128

5.4 小结129

第6章 黄土围岩浸水恶化下衬砌结构性能劣化机理132

6.1 概述132

6.2 衬砌变形和裂缝发展规律132

6.2.1 两侧拱脚围岩浸水132

6.2.2 两侧拱腰围岩浸水135

6.2.3 一侧（右侧）拱脚围岩浸水138

6.2.4 一侧（右侧）拱腰围岩浸水141

6.2.5 一侧（右侧）拱脚围岩与另一侧（左侧）拱腰围岩浸水144

6.3 围岩浸水条件下衬砌裂缝分布特征147

6.3.1 横断面裂缝类型分布规律147

6.3.2 裂缝形态分布规律149

6.3.3 开裂部位分布规律150

6.3.4 纵向贯穿长度分布规律150

6.3.5 开裂深度分布规律152

6.3.6 贯通类型分布规律154

6.3.7 内外侧分布规律155

6.3.8 压板相对位置分布规律156

6.4 衬砌结构能量变化分析158

6.4.1 衬砌开裂对整体结构卸能范围分析158

6.4.2 衬砌开裂对局部结构卸能范围分析161

6.5 带裂缝衬砌可承担荷载比167

6.6 围岩浸水衬砌劣化后衬砌重点加固位置及加固目标169

6.6.1 裂缝分布特征判断围岩浸水类型169

6.6.2 围岩浸水恶化下衬砌劣化后衬砌重点加固位置及加固目标169

6.7 小结171

第7章 围岩浸水恶化下黄土公路隧道结构健康综合评价体系174

7.1 概述174

7.2 评价体系构建总体思路174

7.3 评价等级的确定175

7.4 安全隶属度函数构建176

7.4.1 现行分级评定标准缺陷176

7.4.2 安全等级隶属度176

7.4.3 建立安全等级隶属函数177

7.5 评价体系各构建要素分级178

7.5.1 裂缝（内因）分级178

7.5.2 围岩（外因）分级186

7.5.3 耦合程度分级186

7.5.4 耦合关系分级及调整标准188

7.6 综合评价体系评定原则及评价流程189

7.6.1 综合评价体系评定原则189

7.6.2 隧道评定区段评定单元划分191

7.6.3 各评定单元健康等级评定191

7.6.4 隧道衬砌结构整体健康等级评定192

7.6.5 评价流程192

7.7 衬砌结构健康综合评价体系可靠性验证193

7.7.1 检验工况选取193

7.7.2 检验工况评价过程演示及评定结果193

7.7.3 其余检验工况评定结果195

7.7.4 检验工况评定结果分析200

7.8 小结201

第8章 隧道结构裂缝修补材料的配合比及性能研究203

8.1 概述203

8.2 试验原材料203

8.3 地聚合物胶凝材料的配合比204

8.3.1 地聚合物胶凝材料的影响因素204

8.3.2 配合比对抗折强度的影响205

8.3.3 配合比对抗压强度的影响210

8.3.4 配合比对黏结强度的影响213

8.3.5 最佳配合比的确定216

8.4 地聚合物胶凝材料的性能试验217

8.4.1 地聚合物胶凝材料的抗压强度试验217

8.4.2 地聚合物胶凝材料的抗折强度试验219

8.4.3 地聚合物胶凝材料的凝结时间试验220

8.4.4 地聚合物胶凝材料的X射线衍射试验222

8.4.5 地聚合物胶凝材料的SEM试验223

8.5 小结224

第9章 试验平台研制与试验设计226

9.1 概述226

9.2 隧道衬砌裂缝诊治平台简介226

9.3 平台应力公式的推导230

9.3.1 力学公式230

9.3.2 力学计算231

9.4 试件的制作和修补材料的调配232

9.4.1 混凝土试件的制作232

9.4.2 修补材料的调配233

9.5 平台应用234

9.6 小结235

第10章 隧道衬砌裂缝修补模型试验及工艺流程237

10.1 概述237

10.2 无张拉应力状态下裂缝修补试验及结果分析237

10.3 张拉应力状态下裂缝修补试验及结果分析240

10.4 带水状态下裂缝修补试验及结果分析242

10.4.1 带水状态下裂缝修补试验242

10.4.2 地聚合物防水性能试验245

10.5 地聚合物胶凝材料修补工艺流程246

10.5.1 无渗漏水隧道裂缝的修补工艺247

10.5.2 渗漏水隧道裂缝的修补工艺248

10.6 小结248

参考文献250