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玄武岩纤维磷石膏基隧道填充层力学性能研究
| 论文题名： | 玄武岩纤维磷石膏基隧道填充层力学性能研究 |
| 关键词： | 铁路隧道;磷石膏基材料;本构关系;力学参数;动力响应 |
| 摘要： | 磷石膏(Phosphogypsum, PG)是湿法制磷酸时产生的工业废弃物，我国存在大量堆存磷石膏，急需解决磷石膏堆存带来的土地占用与环境污染问题。而将磷石膏基材料应用于铁路隧道填充层，为解决这一问题提供了一个有效路径。隧道填充层是铁路隧道的重要承载结构，其主要作用是将填充层上部列车动载与道床等结构静载传递至仰拱。因此，开展磷石膏基铁路隧道填充层在动静耦合作用下的适应性研究，是判断磷石膏基材料能否应用于铁路隧道填充层的关键。基于此，本文从磷石膏基材料弹塑性损伤本构关系、磷石膏基材料力学参数、磷石膏基填充层的动力响应、局部软化对磷石膏基填充层的影响四个方面，对磷石膏基铁路隧道填充层的适应性进行初步探究。具体工作内容如下： (1)在已有磷石膏基材料本构关系的研究基础上，提出适应于损伤数值计算的磷石膏基材料本构关系，结合拉压损伤演化方程，建立循环荷载作用下磷石膏基材料弹塑性损伤本构模型。运用数值建模对比分析磷石膏基材料实测拟合本构曲线与数值模型计算本构曲线，验证磷石膏基材料损伤本构的合理性。 (2)通过浇筑成型与冲压成型两种制作工艺，制作磷石膏基材料的力学性能试验试件，对8组不同配合比的磷石膏基材料进行了标准抗压强度、峰值应变与弹性模量的力学参数测试，并绘制开裂应变-损伤参数曲线。分析玄武岩纤维与冲压成型工艺对磷石膏基材料力学性能的改善，通过耐水性能试验测试玄武岩纤维磷石膏基材料的耐水性能。 (3)根据磷石膏基材料损伤本构与测试的磷石膏基材料力学参数建立高速列车-铁路隧道(磷石膏基填充层)-围岩体系的三维数值模型，重点分析高速列车振动荷载作用下磷石膏基铁路隧道填充层结构的动态受力特性、变形特征、以及损伤分布规律，对磷石膏基铁路隧道填充层结构动力响应做出适应性评价。 (4)隧道环境复杂，易导致填充层局部软化，通过对局部软化的磷石膏基填充层结构进行弹性地基梁模型转化，近似计算软化部位磷石膏基隧道填充层表面沉降值，并采用实测软化系数K90d对磷石膏基材料的强度与刚度进行折减，建立局部软化条件下磷石膏基铁路隧道填充层结构强度与刚度削弱的隧道段模型，并对结构数值模型进行动力响应计算与分析。 |
| 作者： | 裴俊豪 |
| 专业： | 土木水利 |
| 导师： | 刘宁 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 贵州大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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