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隧道磷石膏基填充层力学性能研究
| 论文题名： | 隧道磷石膏基填充层力学性能研究 |
| 关键词： | 隧道工程;磷石膏基填充层;静力学性能;列车动载作用;力学响应 |
| 摘要： | 磷石膏是磷酸生产过程中用硫酸处理磷矿石时产生的一种工业副产品，目前磷石膏在中国的堆存量已达到了7亿吨，但利用率不足50%，长期的堆存不仅占用土地，还将会导致水体富营养化，并且对土壤和空气均会造成一定程度污染。在隧道工程中混凝土是支护结构的主要原料之一，对混凝土的需求量非常大，在隧道建设期间，位于仰拱与路面之间的填充层结构主要为素混凝土，对混凝土的用量较大，该结构主要将隧道路面结构的静载和行车时的动载传递至基底仰拱以及底部围岩，并且该结构以受压为主。因此本文尝试将磷石膏作为隧道填充层主要原料，分析隧道填充层的力学环境特征，并对磷石膏的静力学性能和列车动载作用下的力学响应进行研究，为实现磷石膏进行资源化利用，扩宽其在交通领域的利用途径进行初步探索。本文进行如下工作： （1）通过回顾磷石膏的力学性能研究，学习磷石膏材料的凝结时间、抗折和抗压强度等力学参数的研究方法，分析磷石膏材料的力学特性和影响磷石膏强度的因素，制定磷石膏强度试验方案； （2）为对隧道填充层在列车循环荷载下的动力学响应进行研究，针对隧道填充层的力学环境进行分析，然后回顾混凝土的损伤模型研究，并借鉴混凝土的损伤模型，寻找适用于磷石膏填充层结构的损伤计算方法，并在数值计算软件ABAQUS中实现磷石膏隧道填充层的损伤计算； （3）进行磷石膏标准用水量和凝结时间的测定，然后开展磷石膏试件的抗折和抗压强度试验，探究不同龄期时磷石膏试件的静力学性能，为后续磷石膏试件的循环荷载加载试验确定加载幅值范围； （4）开展磷石膏试件的循环加载试验，分析不同加载幅值对磷石膏试件动应力－应变响应规律的影响，观察磷石膏试件的疲劳变形和疲劳寿命，并确定其疲劳加载相关的参数，后基于混凝土的疲劳寿命计算方法，提出磷石膏试件的疲劳寿命方程； （5）开展磷石膏基隧道填充层的数值模拟计算，分析以中国典型型号列车的不同列车行驶速度和不同隧道仰拱矢跨比对磷石膏基隧道填充层结构的动力学响应影响规律和损伤发展规律，此外，对比磷石膏材料与C20和C30混凝土材料组成的填充层在动力学性能上的差异和变化，分析磷石膏基填充层结构的合理性和不足点，初步给出磷石膏材料代替混凝土材料作为隧道填充层的评价和建议。 |
| 作者： | 黄义雄 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 刘宁 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 贵州大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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