地下混凝土衬砌结构的损伤劣化与耐久性

第1章绪论001

1.1混凝土结构损伤及耐久性定义001

1.2地下混凝土结构损伤与耐久性研究的现状及存在问题 002

1.3本书主要研究内容 007

参考文献010

第2章工程结构可靠度的基本理论及方法014

2.1基本概念及相关知识014

2.2工程结构可靠性分析与计算的基本方法 020

2.3结构体系可靠性分析025

参考文献028

第3章地下混凝土结构劣化度及耐久性研究体系的建立029

3.1地下结构耐久性的影响因素分析029

3.2劣化度函数建立 039

3.3耐久性寿命评判标准及分析方法041

3.4可靠性理论方法应用于结构耐久性的研究044

参考文献044

第4章基于碳化作用地下混凝土结构损伤劣化耐久性模型建立 046

4.1研究现状046

4.2碳化试验方案及设计方法 047

4.3试验结果的整理与分析050

4.4基于碳化深度（劣化）模型的寿命预测057

4.5工程实例对比验证058

参考文献061

第5章细观损伤理论在混凝土结构耐久性研究及寿命分析预测中的应用 062

5.1损伤力学应用在地下混凝土结构耐久性中的研究现状062

5.2地下混凝土结构细观损伤模型064

5.3地下结构损伤数值模拟与耐久性分析066

5.4钢筋锈胀破坏耐久性寿命预测072

参考文献073

第6章地下混凝土结构耐久性寿命智能预测研究075

6.1概述075

6.2人工神经网络预测原理076

6.3地下结构耐久性寿命预测网络模型建立及应用 079

参考文献088

第7章地下混凝土结构基于耐久性的可靠性分析090

7.1概述090

7.2极限状态法计算可靠度091

7.3两种劣化度模型 093

7.4基于两种劣化度模型的可靠性分析094

7.5工程实例分析098

参考文献098

第8章基于渗流耦合作用的地下混凝土结构耐久性研究 100

8.1概述100

8.2岩土应力场与地下水渗流场双场耦合作用研究102

8.3多场耦合作用下地下混凝土结构氯离子渗流及结构劣化研究110

8.4地下混凝土结构基于氯离子渗流的耐久性寿命预测研究111

参考文献114 2100433B

本书围绕隧道与地下工程结构在建设施工或运营过程中可能出现的耐久性损伤积累问题及寿命分析与预测课题开展研究，侧重于介绍研究采用的思想理念、方法手段、范围与角度及取得的理论与应用方面的成果。

全书共分八章，主要包括：绪论、工程结构可靠度的基本理论介绍、地下混凝土结构劣化度及耐久性研究体系的建立、基于碳化作用的地下混凝土结构损伤劣化模型建立、细观损伤理论在地下混凝土结构耐久性研究及寿命分析预测中的应用、地下混凝土结构耐久性寿命智能预测研究、地下混凝土结构基于耐久性与劣化度的可靠性分析、基于氯离子渗流耦合作用的地下混凝土结构耐久性研究。

本书可供从事混凝土结构或隧道及地下工程损伤与耐久性研究，以及相应设计、施工及运营管理相关人员交流、学习或参考，也可供高等院校相关专业教师、研究生和高年级本科生使用。

笔者所在研究团队十余年来坚持对地下工程结构的耐久性问题开展研究工作，迄今已在国内外核心期刊公开发表研究成果论文20余篇，并先后主持或参与国家自然科学基金项目“地下混凝土衬砌结构的耐久性与使用寿命”及“软岩多元分析的智能化随机模糊决策与工程控制”及湖北省自然科学基金项目“基于地下水渗流耦合作用的地下混凝土结构耐久性的研究”、河南省科技攻关项目“重大地下工程项目耐久性失效风险评估的关键技术研究”等项目的研究工作，本书的写作即是在上述课题研究成果的基础上进一步归纳、总结和延展而成的，同时也得到了其中的湖北省自然科学基金项目及所在单位学科建设资金的资助。

本书从不同的耐久性影响因素耦合作用的情形，以及不同的研究手段与目标角度出发，对一般地下混凝土工程结构在建设与使用过程中可能遇到的常见耐久性问题进行较全面的考虑和系统研究。旨在对该领域进行一些探索性和开创性的研究工作并获得一定的基础理论成果或可供借鉴的研究思路与方法，并努力将这些成果与实际工程问题联系起来且能最大限度地解决这些问题或提供一些有益思路及方法措施。本书研究的主要内容包括：对地下工程结构耐久性的研究现状及区别于地面结构的特点进行全面的总结、归纳和评析；对影响地下结构耐久性的各因素进行归类、分析；提出广义耐久性及劣化度函数的理念，建立地下结构耐久性的研究、分析与评价体系；

考虑几种典型环境下的多因素耦合作用的情形，开展试验及理论建模研究，其中尤其对于外荷载作用下混凝土的碳化腐蚀及钢筋锈蚀破坏，以及地应力、地下水渗流耦合作用时的氯离子侵蚀破坏进行了较深入的研究及说明，以探寻其耐久性劣化的机理规律及建立结构耐久性损伤的劣化模型；应用损伤力学、可靠度理论或人工神经网络的方法原理开展地下结构耐久性寿命评判与预测的相关研究工作。

本书在写作过程中，既注重理论及基础知识的阐述，又重视其在实际工程中的应用和基本方法、操作过程与步骤等的介绍；既总结介绍国内外最新研究成果、发展趋势，又详细说明著作者的研究思路与成果。编者们编辑成书过程也力求全书研究内容及章节知识的系统性，相信该书的出版将在一定程度上推动我国在地下工程结构耐久性研究领域的关注和发展。

交通隧道因结构裂损等原因而大量返修表明，地下混凝土结构的耐久性存在隐患，应当得到重视。其影响因素有多种，而由地下水顺沿裂缝渗流导致耐久性失效则是常见的现象，尤其是在岩土介质中存在侵蚀性物质并融解于水后通过裂缝渗流的场合。本项申请拟以公路隧道为背景，研究在恶劣环境条件与结构因素的综合作用下，地下混凝土结构耐久性特征变化的机理，及按耐久性设计的理论与方法。主要包括压力水头下带缝工作混凝土衬砌结构的渗流特征及耦合分析理论，衬砌结构裂缝的成因、特征及其与渗流应力相互作用的规律，以及渗流耦合条件下侵蚀性环境影响结构耐久性的机理与规律。研究方法拟理论与实验并重，前者着重根据试验结果建立可计入由裂缝扩展和侵蚀性物质的综合作用导致材料性能恶化的影响的分析理论与方法，后者着重考虑裂缝特征和侵蚀性物质的耦合运移规律。研究成果可为制定对策措施保障拟建和已建地下混凝土结构物的使用寿命奠定理论基础 2100433B

本项目研究取得两项成果。其一是钢筋混凝土结构的地震损伤与损伤容限设计：统计确定了主余震的震级关系，提出了相应的地震动模型建立和参数确定的方法；通过构件和框架结构的地震模拟试验和损伤后的构件和结构的恢复力和动力学特性试验，提出了结构地震损伤和抗力衰减的分析和识别方法；建立起了以控制地震损伤为目标的抗震设计方法。二是金属结构的风振疲劳累积损伤与耐久性设计；提出了疲劳风速谱模型北统计确定了渤海湾的疲劳速谱；提出了基于损伤力学和断裂力学的金属材料和构件的概率累积损伤和抗力衰减分析方法；建立起了金属结构动态服役可靠度分析的基本理论和以此为基础的耐久性设计方法；初步将这些理论和方法用到了海洋平台结构中。 2100433B