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原文传递侵蚀环境作用下盾构隧道结构性能衰退演变机理研究

论文题名：	侵蚀环境作用下盾构隧道结构性能衰退演变机理研究
关键词：	盾构隧道;衬砌结构;性能衰退;演变机理;侵蚀环境
摘要：	目前，随着中国国民经济的发展及城市化进程快速推进，长大交通隧道、城市地铁、城市综合管廊等大型盾构隧道工程不断涌现，中国已然成为盾构隧道建设规模最大、技术难度最复杂、发展速度最快的国家。可以预见，在中国盾构隧道工程大量修建的背景下，关于运营期盾构隧道服役安全性能及耐久性能将成为工程科技研究者关注的重点，也将成为盾构隧道衬砌结构性能研究领域的重要方向，研究侵蚀环境下盾构隧道结构性能衰退演变机理，对今后大型及复杂盾构隧道的设计、施工及其长期服役性能具有重要理论价值和实际意义。　　论文在国家重点基础研究发展计划（973计划）课题“复杂环境作用下地下结构的长期安全性及其预测方法”、中国工程院重点咨询项目课题“大型水下隧道结构安全保障技术及对策”等国家重大研究课题资助下，采用理论分析、加速腐蚀劣化试验、相似模型试验、数值模拟等多种方法，从环境、材料、构件、结构四个层次，对侵蚀环境作用下盾构隧道结构性能衰退演变机理进行了全面的、系统的研究，研究成果为确保侵蚀环境作用下盾构隧道衬砌结构在全寿命周期内的安全服役性能具有重要指导作用。论文主要工作和研究成果如下: 　　1、采用理论分析与资料调研相结合的手段，探明了服役期盾构隧道管片结构的复杂工作环境特征，调研分析了侵蚀环境与荷载环境长期共同作用下、在役典型水下盾构隧道衬砌结构现状及病害特征。　　2、采用离子侵蚀对流-弥散耦合理论解析及数值模拟相结合的方法，构建了盾构隧道衬砌结构腐蚀离子侵蚀分析模型，探明了接缝无损状态下、渗漏水条件下等多种典型工况下管片接头、整环管片衬砌的侵蚀劣化规律，揭示了高水压环境、侵蚀环境对结构侵蚀劣化规律的影响。　　3、采用室内混凝土加速碳化试验、混凝土加速浸泡腐蚀试验及钢筋加速锈蚀试验等试验手段，结合声发射无损探测技术，探明了环境侵蚀作用下，混凝土碳化、钢筋锈蚀对隧道衬砌结构材料力学性能的影响，揭示了侵蚀环境作用下隧道衬砌结构材料的性能衰退演化规律。　　4、考虑正常使用条件下，盾构隧道衬砌结构处于水土荷载环境与周围离子侵蚀环境长期联合作用下服役的特点，首次开展服役期受荷状态下盾构管片的室内加速锈蚀劣化试验，研究了压弯承载状态下盾构管片在不同荷载条件、不同锈蚀劣化程度下的受力性能衰退演变规律，揭示了盾构管片侵蚀、劣化、开裂、破坏的发生发展过程，明确了钢筋锈蚀对管片内力、形变、力学参数、以及裂缝扩展、破坏形态的影响规律。　　5、采用室内相似模型试验方法，首次从隧道结构层次探明了侵蚀劣化对管片结构受力性能的影响，明确了接头腐蚀劣化对管片结构受力影响机理，并进一步探明了二衬修复补强劣损管片后双层衬砌结构受力特征，及二次腐蚀条件下双层衬砌结构受力特征，揭示了盾构隧道结构劣化、修复、再劣化全过程中的性能演变规律。　　6、采用损伤力学理论、复合材料力学理论与数值仿真方法相结合的研究手段，构建可考虑结构侵蚀劣化效应的盾构隧道衬砌结构侵蚀劣化力学分析模型，探寻管片衬砌结构受力性能的衰退演变规律，并对现役盾构隧道进行性能评价及预测。
作者：	刘四进
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	何川
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文