越江盾构隧道耐久性分析与评估体系研究

摘要

越江盾构隧道多为重大工程，服役寿命要求高，传统强度设计理念已不能满足要求，必须进行耐久性方面的设计、分析和评估。既有混凝土结构耐久性研究在结构类型上多限于地面结构和港工结构，地下结构尤其是越江盾构隧道因修建年限较短、耐久性失效问题不突出而相关研究滞后，尚未建立较为完善的越江盾构隧道耐久性的设计、分析及评估方法。 本文拟依托国家自然科学基金资助项目“地下工程混凝土衬砌结构的耐久性与使用寿命(编号：50678135)”，结合崇明越江隧道工程，从越江盾构隧道特定结构和环境出发，总结了越江盾构隧道耐久性的影响因素，通过室内试验，研究了氯离子在越江隧道典型上覆粘土层中运移以及防水橡胶密封垫应力松弛规律，并据以建立了越江盾构隧道耐久性分析和评估体系。论文进行的研究工作及取得的成果主要有： (1)基于越江盾构隧道自身结构及所处水土环境的特点，对其归纳了耐久性的影响因素，建立了耐久性影响因素的树形结构图； (2)通过进行室内土柱试验，得到了氯离子在上海长江隧道典型断面上覆粘土层及土层孔隙水中的迁移参数，建立了氯离子在粘土层中运移的对流-弥散控制方程； (3)通过进行室内热氧老化试验，得到了上海长江隧道用防水材料三元乙丙橡胶在不同温度和接缝位移条件下的接触应力松弛规律，据以建立了橡胶经时老化本构模型，并将其用于预测材料的使用寿命； (4)基于模糊数学理论，建立了多因素模糊碳化模型，分析了各影响因素间相互关系，为多因素作用下混凝土耐久性分析提供了新途径； (5)分析了既有混凝土耐久性评估方法的优缺点，结合越江隧道自身结构和环境特点，通过模糊等级划分和指标权重确定，建立了在役越江盾构隧道耐久性的多层次多指标评估体系。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.2.1混凝土结构耐久性的研究

1.2.2隧道结构耐久性研究的进展

1.3本文主要研究内容

第二章越江盾构隧道耐久性的影响因素

2.1概述

2.2越江盾构隧道耐久性因素的分类

2.3复杂应力环境的影响

2.4高浓度酸性气体的影响

2.5生物劣化的影响

2.6河势变迁的影响

2.7水土环境的影响

第三章氯离子在粘土中运移规律及其试验研究

3.1概述

3.2氯离子在土层中的迁移模型

3.2.1多孔介质中有害物质迁移机理

3.2.2多孔介质中有害物质迁移的对流-弥散方程

3.2.3对流-弥散方程的定解条件与求解

3.3粘土层中氯离子运移规律试验及分析

3.3.1概述

3.3.2试验方案

3.3.3试验结果

3.3.4试验结果分析

3.4本章小结

第四章防水材料耐久性分析及其防水年限评估

4.1概述

4.2盾构隧道管片接缝防水体系耐久性的影响因素

4.2.1盾构隧道管片接头构造

4.2.2上海越江盾构隧道管片接缝防水体系

4.2.3橡胶密封垫防水机理

4.2.4三元乙丙橡胶防水材料耐久性的影响因素

4.3三元乙丙橡胶密封垫应力松弛规律的试验研究

4.3.1实验目的

4.3.2试验原理及内容

4.3.3试验方案

4.3.4实验结果

4.3.5试验结果分析

4.4上海长江隧道三元乙丙橡胶密封垫的本构

4.5防水材料耐久性寿命预测

4.4.1既有防水材料寿命的预测模型

4.4.2越江盾构隧道用防水材料寿命预测

4.6本章小结

第五章越江盾构隧道耐久性模糊分析与评估体系

5.1概述

5.2多因素作用下混凝土耐久性问题的模糊分析

5.2.1模糊理论基本原理

5.2.2多因素碳化试验的模糊分析

5.3越江盾构隧道耐久性评估体系

5.3.1越江盾构隧道耐久性评估的意义和存在的问题

5.3.2越江盾构隧道全寿命周期

5.3.3越江隧道耐久性评估层次划分

5.3.4越江隧道耐久性评估等级评定

5.3.5越江隧道耐久性评估流程设计

5.4本章小结

第六章结语

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果