本書圍繞石膏質巖地層高速公路隧道結構的受力特征及安全性問題開展研究，主要內容包括干濕循環(huán)作用下石膏質巖工程特性、石膏質巖干濕循環(huán)劣化及膨脹特征對隧道結構的影響、復摻改性材料對混凝土力學性能的影響、抗裂自修復二次襯砌混凝土配合比、鋼纖維混凝土力學性能、鋼纖維混凝土單層襯砌裂損規(guī)律及安全性應用等，為石膏質巖地層高速公路隧道的修建提供參考。本書可供從事隧道工程設計、施工、建設管理的工程技術人員以及科研人員使用，也可作為高等院校相關專業(yè)的本科生和研究生的學習參考書。
李化云，博士，副教授/碩導，西華大學道路與橋梁工程系系主任，主要從事復雜環(huán)境下軟弱圍巖隧道設計、風險評估及科研等相關工作。主持省部級以上科研項目3項（國家青年基金項目1項），主研國家、省部級項目8項。發(fā)表學術論文30余篇（其中sci收錄8篇），授權發(fā)明專利10余項，參編行業(yè)規(guī)程1部，獲省部級科技進步獎2項。
目錄1緒論11.1研究背景及意義11.2研究現(xiàn)狀及存在的問題31.2.1石膏質巖物性指標及強度特性研究現(xiàn)狀31.2.2石膏質巖膨脹特性研究現(xiàn)狀51.2.3干濕循環(huán)作用下隧道結構受力特征數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀71.2.4礦物摻合料混凝土抗?jié)B阻裂特性研究現(xiàn)狀81.2.5聚丙烯纖維混凝土抗?jié)B阻裂特性研究現(xiàn)狀101.2.6水泥基滲透結晶型防水劑研究進展121.2.7鋼纖維混凝土單層襯砌受力特征及應用研究現(xiàn)狀151.3主要研究內容201.3.1干濕循環(huán)作用下石膏質巖隧道襯砌結構受力特征及安全性研究201.3.2隧道襯砌結構自防水混凝土的研發(fā)及其抗?jié)B阻裂特性研究211.3.3鋼纖維混凝土單層襯砌結構裂縫演化規(guī)律及安全性研究221.4技術路線232石膏質巖組分及干濕循環(huán)作用下物性指標研究242.1問題的提出242.2石膏質巖干濕循環(huán)處理242.3石膏質巖元素組分及含量分析262.3.1試樣制備262.3.2X射線光電子能譜分析262.3.3X射線熒光光譜分析282.4干濕循環(huán)作用下石膏質巖物性指標研究292.4.1天然含水率和干密度分析292.4.2結晶水率和水化率分析312.4.3吸水率分析342.5本章小結363干濕循環(huán)作用下石膏質巖三軸力學特性研究373.1問題的提出373.2干濕循環(huán)作用下石膏質巖三軸壓縮試驗373.2.1試驗設備373.2.2試樣制備及試驗步驟383.2.3試驗結果與分析393.3干濕循環(huán)作用下石膏質巖循環(huán)損傷效應分析473.3.1數(shù)據(jù)標準化方法473.3.2循環(huán)損傷系數(shù)分析493.4本章小結524石膏質巖膨脹特性及膨脹潛勢研究544.1問題的提出544.2石膏質巖的膨脹機理544.3石膏質巖膨脹特性指標研究554.3.1試樣制備554.3.2自由膨脹率試驗554.3.3膨脹率試驗574.3.4膨脹力試驗594.4石膏質巖BET比表面積分析604.4.1比表面積測試方法614.4.2試驗設備及儀器參數(shù)614.4.3試樣制備及試驗步驟624.4.4試驗結果與分析634.5石膏質巖膨脹潛勢分析654.5.1國內外膨脹巖分級654.5.2石膏質巖的膨脹潛勢判定664.6本章小結685石膏質巖隧道圍巖膨脹及干濕循環(huán)劣化作用數(shù)值模擬研究705.1問題的提出705.2三維隧道力學計算模型建立705.2.1工程概況705.2.2數(shù)值計算模型705.2.3模型力學參數(shù)715.3膨脹作用對石膏質巖隧道結構的影響分析725.3.1數(shù)值模擬中膨脹作用的實現(xiàn)725.3.2膨脹作用數(shù)值模擬步驟745.3.3初期支護結構應力及位移分析745.3.4初期支護結構內力分析765.3.5初期支護結構安全性分析775.4干濕循環(huán)作用對石膏質巖隧道結構的影響分析785.4.1數(shù)值模擬中干濕循環(huán)作用的實現(xiàn)785.4.2干濕循環(huán)作用數(shù)值模擬步驟795.4.3初期支護結構應力及位移分析795.4.4初期支護結構內力分析835.4.5初期支護結構安全性分析845.5膨脹干濕循環(huán)耦合作用對初期支護結構的影響分析845.5.1初期支護結構應力及位移分析845.5.2初期支護結構內力分析875.5.3初期支護結構安全性分析875.6本章小結886基于正交設計的混凝土滲裂性能影響因素的顯著性研究906.1問題的提出906.2基準配合比設計906.2.1原材料及性能指標906.2.2基準配合比計算946.2.3混凝土室內試拌試驗966.3正交試驗方案設計986.3.1正交試驗基本原理986.3.2參數(shù)選取及試驗安排996.4混凝土力學性能及耐久性能室內試驗1016.4.1試件制備1016.4.2抗壓強度試驗1016.4.3劈裂抗拉強度試驗1036.4.4抗?jié)B性能試驗1036.5正交試驗結果計算與分析1056.5.1抗壓強度試驗結果及分析1066.5.2劈裂抗拉強度試驗結果及分析1096.5.3抗?jié)B性能試驗結果及分析1126.5.4多指標問題的綜合評分1166.6本章小結1187基于響應曲面法的混凝土自修復性能試驗研究1207.1問題的提出1207.2響應曲面法的基本原理1207.3混凝土力學性能自修復試驗1227.3.1試驗方案設計1227.3.2混凝土抗壓強度自修復性能試驗及響應面分析1247.3.3混凝土抗拉強度自修復性能試驗及響應面分析1307.4混凝土抗?jié)B性能自修復試驗1377.4.1試驗方案設計1377.4.2試驗結果及分析1387.5本章小結1398復摻改性材料對混凝土性能影響的微觀機理分析1418.1問題的提出1418.2SEM掃描電鏡分析1418.2.1概述1418.2.2SEM掃描電鏡試驗方法1418.2.3SEM掃描電鏡試驗結果及分析1428.2.4SEM掃描電鏡總結1488.3XRD衍射物相分析1488.3.1概述1488.3.2XRD衍射試驗方法1488.3.3XRD衍射試驗結果及分析1498.4本章小結1519荷載作用下隧道二次襯砌結構模型試驗研究1539.1問題的提出1539.2縮尺模型與相似模型的特點分析1539.3二次襯砌結構模型試驗設計1549.3.1二次襯砌結構模型制作1549.3.2監(jiān)測元器件及測點布置1559.3.3模型加載方案及試驗步驟1589.4模型試驗結果及分析1599.4.1襯砌模型應變及初裂荷載分析1599.4.2襯砌模型位移及破壞模式分析1619.4.3二次襯砌模型彎矩及軸力分析1629.5本章小結16410鋼纖維混凝土單層襯砌支護作用及破壞機理分析16610.1隧道單層襯砌的結構形式及支護特性16610.1.1單層襯砌的結構類型16610.1.2單層襯砌的支護對象16810.1.3單層襯砌的支護特點16910.1.4基于單層襯砌的圍巖支護特征曲線法原理17010.2隧道單層襯砌的力學傳遞機理分析17210.2.1單層襯砌的局部受力機理17210.2.2單層襯砌的整體受力機理17410.3鋼纖維在襯砌混凝中的增強機理和阻裂原理17510.3.1鋼纖維在混凝土中的增強機理17510.3.2鋼纖維在混凝土中的阻裂原理17910.4本章小結18111CF35強度的鋼纖維混凝土力學性能試驗研究18211.1鋼纖維混凝土力學性能試驗設計18211.1.1試驗原材料18211.1.2試驗用料配合比及試件分組設計18411.1.3試件澆筑與養(yǎng)護成型18711.2鋼纖維混凝土抗壓性能試驗與結果分析18911.3鋼纖維混凝土彈性模量測試與結果分析19311.4鋼纖維混凝土彎曲韌性試驗與結果分析19611.4.1鋼纖維混凝土梁荷載撓度曲線19611.4.2試件破壞形態(tài)與抗彎韌性指標19911.5本章小結20412鋼纖維混凝土單層襯砌裂損規(guī)律及安全性模型試驗研究20612.1相似模型試驗概述及相似理論20612.1.1相似模型試驗概述與原型概況20612.1.2相似模型試驗基本理論20712.2相似準則推導與相似系數(shù)20812.2.1相似準則的推導20812.2.2確定模型試驗的相似系數(shù)20912.3相似材料的確定與配合比試驗21012.3.1相似材料的選用原則21012.3.2圍巖相似材料21112.3.3鋼纖維混凝土單層襯砌相似材料21412.4模型試驗準備及試驗步驟21812.4.1單層襯砌模型的制作21812.4.2模型試驗過程及步驟22012.5模型試驗結果與分析22312.5.1單層襯砌裂縫分布及演化規(guī)律22312.5.2圍巖與單層襯砌模型間的接觸壓力22612.5.3單層襯砌模型位移及變形分析22812.5.4單層襯砌結構內力分析22912.5.5單層襯砌結構安全性分析23212.6本章小結23413基于XFEM的鋼纖維混凝土單層襯砌裂損規(guī)律研究23713.1斷裂力學基本理論及XFEM在斷裂問題中的應用23713.1.1裂紋類型及斷裂力學簡述23713.1.2擴展有限元法（XFEM）基本理論與隧道襯砌斷裂判據(jù)23913.2鋼纖維混凝土開裂過程的應力應變關系24113.3鋼纖維混凝土梁彎曲韌性有限元分析24413.3.1 鋼纖維混凝土數(shù)值計算假定24413.3.2鋼纖維混凝土梁建模與網(wǎng)格劃分24413.3.3約束及加載條件24613.3.4數(shù)值計算結果與分析24613.4鋼纖維混凝土單層襯砌結構裂縫演化規(guī)律及安全性數(shù)值分析25113.4.1鋼纖維混凝土單層襯砌模型的建立及參數(shù)確定25213.4.2鋼纖維混凝土單層襯砌裂縫演化規(guī)律結果分析25413.4.3鋼纖維混凝土單層襯砌內力及安全性結果分析25713.5本章小結25914結論26114.1干濕循環(huán)作用下石膏質巖隧道襯砌結構受力特征及安全性研究26114.2隧道襯砌結構自防水混凝土的研發(fā)及其抗?jié)B阻裂特性研究26214.2.1三種外加材料的不同摻入比例對混凝土力學及抗?jié)B性能的顯著性影響26214.2.2外加材料的不同摻入比例對混凝土自修復性能的影響及相互作用效應26314.2.3復摻改性材料對混凝土微觀形貌特征和水化反應的影響26314.2.4基準混凝土與FPPRC混凝土二次襯砌結構模型試驗研究26414.3鋼纖維混凝土單層襯砌結構裂縫演化規(guī)律及安全性研究26414.3.1不同鋼纖維摻量及長徑比時混凝土的力學性能26414.3.2不同鋼纖維摻量及長徑比時混凝土的抗彎韌性26514.3.3模型試驗模型材料的配合比26514.3.4單層襯砌的裂損規(guī)律、內力分布規(guī)律及安全性265參考文獻267
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