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公路隧道衬砌砼抗渗试验及阻裂效应研究
| 论文题名： | 公路隧道衬砌砼抗渗试验及阻裂效应研究 |
| 关键词： | 隧道渗漏;混凝土;断裂;微膨胀剂;聚丙烯纤维 |
| 摘要： | 随着我国西部大开发战略的实施，公路建设的迅速发展，在特定条件下隧道方案的优越性逐渐为越来越多的人所认识，隧道工程日益增多。我国西部地区地形及地质结构复杂，在隧道开挖和运营隧道的维护中，渗漏水问题成为公路隧道当前最为突出的通病，渗漏水的存在会危及汽车运营安全，危害电气设施，影响隧道洞内美观。我国当前对公路隧道防水技术与材料的研究仍相当少，现有的防水技术与材料还存在不少问题，在许多方面都有待于进一步研究。 在大量分析、研究国内外科技资料和对重庆地区的高速公路隧道渗漏情况进行实地调查的基础上，分析研究了国内外公路隧道防水的研究及应用现状；运用概率断裂力学对由衬砌混凝土开裂导致的渗漏进行了分析，揭示了公路隧道的渗漏机理。开展了掺加不同外加剂(微膨胀剂、聚丙烯纤维)的隧道二次衬砌混凝土阻裂、抗渗实验研究，实验结果表明：聚丙烯纤维阻碍砂浆开裂和提高混凝土抗渗性能的效果都大大优于微膨胀剂。 从分析膨胀剂的化学反应出发，本文研究了其膨胀机理，进而揭示了微膨胀混凝土防水机理。通过对阻裂和抗渗试验结果的分析，指出了对不同配合比的混凝土，微膨胀剂掺量应通过试验来确定，才能达到满意的阻裂、抗渗效果，过大的掺量反而会导致混凝土胀裂，抗渗性能下降。 根据细观结构力学分析，并结合断裂力学原理，聚丙烯短纤维对含有Ⅰ型裂缝的混凝土基体的裂纹扩展阻碍效应解析式可表达为： 当裂纹面内含有偶数根纤维时： φI=1-2Efr02[1-sech(ns)]/EmRaN/2∑i=11/√1-[(2i-1)R/2a]2; 当裂纹面内含有奇数根纤维时： φI=1-Efr02[1-sech(ns)]/EmRa((N-1)/2∑i-12/√1-(iR/a)2+1)。 通过数值计算对聚丙烯纤维混凝土的抗渗机理作出了合理解释：计算表明聚丙烯短纤维对混凝土基体裂纹扩展的阻碍效应主要来源于裂纹尖端处的纤维。由于聚丙烯纤维在混凝土中数量众多、纤维间距小，裂纹每扩展到一根纤维处时都要受到极大的阻碍，裂纹长度大大减小；裂纹要继续扩展除要增大外加应力外，裂纹的扩展方向也要发生改变，这使得混凝土中裂纹不易相互贯通。根据松下的研究，裂缝漏水量与裂缝宽度的三次方成正比，与长度的一次方成正比，聚丙烯纤维有效减少混凝土中的裂缝宽度和长度，从而极大地提高了混凝土的抗渗能力。 文章最后通过遴选合理的防水材料，针对现有隧道防水材料及施工工艺的优缺点，结合公路隧道渗漏机理，对当前防水结构及施工工艺存在的不足进行了改进，优化了公路隧道的防渗设计。 |
| 作者： | 蓝祥雨 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 向阳开 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2006 |
| 正文语种： | 中文 |
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