●前言
第1章 緒論 1
1.1 目的及意義 1
1.2 國內外研究現狀 3
1.2.1 黃土本構關繫及其在襯砌結構研究中的應用 3
1.2.2 隧道襯砌試驗設備研發 5
1.2.3 黃土隧道圍岩惡化對襯砌結構的影響研究 8
1.2.4 隧道襯砌結構裂縫研究 9
1.2.5 健康評價體繫研究 11
1.2.6 隧道裂縫修補方法及材料研究 12
1.2.7 地聚合物膠凝材料及性能研究 15
1.3 本書主要內容 18
第2章 結構性鄧肯-張本構模型及其二次開發 20
2.1 概述 20
2.2 黃土的結構性參數及公式擬合 20
2.2.1 三軸剪切條件下黃土結構性參數msε 20
2.2.2 三軸剪切條件下黃土結構性參數msε的公式擬合 22
2.2.3 三軸剪切條件下黃土結構性參數msε計算軟件設計 27
2.3 靜荷作用下非飽和黃土的結構性鄧肯-張本構模型 29
2.3.1 結構性鄧肯-張本構模型的推導 30
2.3.2 黃土結構性鄧肯-張本構模型的二次開發 32
2.3.3 ANSYS中黃土結構性鄧肯-張本構模型的驗證 40
2.4 小結 42
第3章 圍岩浸水惡化後黃土隧道襯砌受力數值計算 43
3.1 概述 43
3.2 黃土隧道圍岩浸水及襯砌結構劣化的客觀存在 43
3.3 黃土裂縫浸水擴散範圍 45
3.4 建模型 46
3.4.1 本構關選擇 47
3.4.2 邊界條件和模型參數 47
3.4.3 計算工況的確定 48
3.5 二次襯砌表面接觸壓力結果分析 50
3.5.1 兩側拱腳圍岩浸水 50
3.5.2 兩側拱腰圍岩浸水 52
3.5.3 一側（右側）拱腳圍岩浸水 55
3.5.4 一側（右側）拱腰圍岩浸水 56
3.5.5 一側（右側）拱腳圍岩與另一側（左側）拱腰圍岩浸水 58
3.6 小結 59
第4章 隧道襯砌結構力學性能測試平臺的研發與試驗設計 61
4.1 概述 61
4.2 隧道襯砌力學性能測試平臺的設計 61
4.2.1 驅動繫統 62
4.2.2 加載繫統 63
4.2.3 控制繫統 64
4.3 試驗測試平臺安全性驗算 66
4.4 測試平臺的操作流程 71
4.5 試驗測試平臺可靠性驗證 73
4.6 黃土圍岩浸水惡化下隧道襯砌模型試驗設計 75
4.6.1 相似理論及量綱分析 75
4.6.2 試驗相似條件及相似常數 78
4.6.3 襯砌相似材料試驗 80
4.7 模型襯砌制作 84
4.8 試驗測試件布設 89
4.8.1 量測內容與目的 89
4.8.2件布設 89
4.9 加載工況 90
4.9.1 開始加載至未浸水階段加載 90
4.9.2 不同浸水工況下加載 91
4.9.3 浸水5m至模型失穩階段加載 94
4.10 小結 95
第5章 黃土圍岩浸水惡化下襯砌結構力學性能演化特征 96
5.1 概述 96
5.2 不同浸水工況下襯砌應變分布規律 96
5.2.1 未浸水階段 97
5.2.2 不同浸水工況 98
5.3 圍岩浸水過程中襯砌內力變化及分布 108
5.3.1 襯砌軸力變化及分布 108
5.3.2 襯砌彎矩變化及分布 118
5.3.3 內力變化及分布 128
5.4 小結 129
第6章 黃土圍岩浸水惡化下襯砌結構性能劣化機理 132
6.1 概述 132
6.2 襯砌變形和裂縫發展規律 132
6.2.1 兩側拱腳圍岩浸水 132
6.2.2 兩側拱腰圍岩浸水 135
6.2.3 一側（右側）拱腳圍岩浸水 138
6.2.4 一側（右側）拱腰圍岩浸水 141
6.2.5 一側（右側）拱腳圍岩與另一側（左側）拱腰圍岩浸水 144
6.3 圍岩浸水條件下襯砌裂縫分布特征 147
6.3.1 橫斷面裂縫類型分布規律 147
6.3.2 裂縫形態分布規律 149
6.3.3 開裂部位分布規律 150
6.3.4 縱向貫穿長度分布規律 150
6.3.5 開裂深度分布規律 152
6.3.6 貫通類型分布規律 154
6.3.7 內外側分布規律 155
6.3.8 壓板相對位置分布規律 156
6.4 襯砌結構能量變化分析 158
6.4.1 襯砌開裂對整體結構卸能範圍分析 158
6.4.2 襯砌開裂對局部結構卸能範圍分析 161
6.5 帶裂縫襯砌可承擔荷載比 167
6.6 圍岩浸水襯砌劣化後襯砌重點加固位置及加固目標 169
6.6.1 裂縫分布特征判斷圍岩浸水類型 169
6.6.2 圍岩浸水惡化下襯砌劣化後襯砌重點加固位置及加固目標 169
6.7 小結 171
第7章 圍岩浸水惡化下黃土公路隧道結構健康綜合評價體繫 174
7.1 概述 174
7.2 評價體繫構建總體思路 174
7.3 評價等級的確定 175
7.4 安全隸屬度函數構建 176
7.4.1 現行分級評定標準缺陷 176
7.4.2 安全等級隸屬度 176
7.4.3 建立安全等級隸屬函數 177
7.5 評價體繫各構建要素分級 178
7.5.1 裂縫（內因）分級 178
7.5.2 圍岩（外因）分級 186
7.5.3 耦合程度分級 186
7.5.4 耦合關繫分級及調整標準 188
7.6 綜合評價體繫評定原則及評價流程 189
7.6.1 綜合評價體繫評定原則 189
7.6.2 隧道評定區段劃分 191
7.6.3 各健康等級評定 191
7.6.4 隧道襯砌結構整體健康等級評定 192
7.6.5 評價流程 192
7.7 襯砌結構健康綜合評價體繫可靠性驗證 193
7.7.1 檢驗工況選取 193
7.7.2 檢驗工況評價過程演示及評定結果 193
7.7.3 其餘檢驗工況評定結果 195
7.7.4 檢驗工況評定結果分析 200
7.8 小結 201
第8章 隧道結構裂縫修補材料的配合比及性能研究 203
8.1 概述 203
8.2 試驗原材料 203
8.3 地聚合物膠凝材料的配合比 204
8.3.1 地聚合物膠凝材料的影響因素 204
8.3.2 配合比對抗折強度的影響 205
8.3.3 配合比對抗壓強度的影響 210
8.3.4 配合比對黏結強度的影響 213
8.3.5 很好配合比的確定 216
8.4 地聚合物膠凝材料的性能試驗 217
8.4.1 地聚合物膠凝材料的抗壓強度試驗 217
8.4.2 地聚合物膠凝材料的抗折強度試驗 219
8.4.3 地聚合物膠凝材料的凝結時間試驗 220
8.4.4 地聚合物膠凝材料的X射線衍射試驗 222
8.4.5 地聚合物膠凝材料的SEM試驗 223
8.5 小結 224
第9章 試驗平臺研制與試驗設計 226
9.1 概述 226
9.2 隧道襯砌裂縫診治平臺簡介 226
9.3 平臺應力公式的推導 230
9.3.1 力學公式 230
9.3.2 力學計算 231
9.4 試件的制作和修補材料的調配 232
9.4.1 混凝土試件的制作 232
9.4.2 修補材料的調配 233
9.5 平臺應用 234
9.6 小結 235
第10章 隧道襯砌裂縫修補模型試驗及工藝流程 237
10.1 概述 237
10.2 無張拉應力狀態下裂縫修補試驗及結果分析 237
10.3 張拉應力狀態下裂縫修補試驗及結果分析 240
10.4 帶水狀態下裂縫修補試驗及結果分析 242
10.4.1 帶水狀態下裂縫修補試驗 242
10.4.2 地聚合物防水性能試驗 245
10.5 地聚合物膠凝材料修補工藝流程 246
10.5.1 無滲漏水隧道裂縫的修補工藝 247
10.5.2 滲漏水隧道裂縫的修補工藝 248
10.6 小結 248
參考文獻 250

本書針對在役黃土公路隧道結構病害問題,以黃土結構性與水敏性為切入點，引入黃土結構性參數與黃土結構性本構關繫，運二次開發、物理模型試驗等手段，結合自主研制的"隧道襯砌結構力學性能測試平臺"，研究了黃土圍岩浸水惡化後隧道襯砌結構性能演化特征和劣化機理；然後引入隸屬度和隸屬函數，構建了安全等級隸屬函數，改進了隧道健康等級評價中常用的分級評定方法，利用模糊綜合評價法以及短板效應理論，建立了隧道健康評級體繫；很後利用自主研制的"隧道襯砌裂縫診治平臺"，選出隧道襯砌結構裂縫修補的地聚合物膠凝材料的很好配合比，模擬了隧道襯砌裂縫的張拉應力開裂狀態和帶水狀開裂狀態，論證了地聚合物膠凝材料作為襯砌裂縫修補材料的可行性。