复杂工程结构非常规环境力学特性与工程应用研究

第1章 绪论

1.1 核电站取水构筑物问题研究背景

1.2 构筑物的抗震分析研究现状

1.3 城市立交桥问题研究背景

1.4 桥梁车载作用及抗震研究现状

1.4.1 地震反应分析的方法

1.4.2 结构抗震设防方法

1.4.3 桥梁抗震措施和结构振动控制

1.5 下伏采空区高速公路路基路面问题研究背景

1.6 下伏采空区路基路面研究现状

1.6.1 高速公路下伏采空区路基路面病害研究现状

1.6.2 空间对地观测技术应用现状

参考文献

第2章 核电站取水构筑物设计和施工

2.1 取水构筑物的概念及分类

2.1.1 取水构筑物的概念

2.1.2 取水构筑物的结构分类

2.2 红沿河核电站工程

2.2.1 工程概况［1］

2.2.2 工程自然地理条件

2.2.3 工程地质条件

2.2.4 气象条件

2.2.5 工程水文地质条件

2.3 核电取水构筑物设计

2.3.1 取水构筑物的设计标准

2.3.2 取水构筑物的结构设计

2.4 取水构筑物施工

2.4.1 连接段采取明洞施工

2.4.2 取水构筑物施工

参考文献

第3章 核电站取水构筑物力学特性仿真分析

3.1 地下结构抗震计算方法

3.1.1 地震对结构的影响

3.1.2 地下结构抗震静力法

3.1.3 取水构筑物结构抗震动力分析法

3.2 取水构筑物动力响应分析理论

3.2.1 动力响应分析基本理论

3.2.2 阻尼的确定

3.2.3 边界条件的确定

3.2.4 土体本构模型

3.3 取水构筑物建模与施工过程仿真分析

3.3.1 构筑物建模

3.3.2 构筑物施工过程仿真

3.4 取水构筑物抗震仿真分析

3.4.1 模型建立

3.4.2 地震波和振型

3.4.3 仿真结果分析

3.5 取水构筑物渗流分析及海浪冲击分析

3.5.1 渗流分析

3.5.2 海浪冲击分析

参考文献

第4章 取水构筑物流场仿真分析

4.1 流场仿真分析方法

4.1.1 SolidWorks Flow Simulation特性［1］

4.1.2 湍流模型［2-6］

4.1.3 取水构筑物实际工况

4.2 高、低潮位取水工况下流场仿真分析

4.2.1 有限元模型的建立

4.2.2 计算结果

4.3 维修工况下取水构筑物流场仿真分析

4.4 隧洞内部的沿程损失

4.5 冬季冰凌工况取水构筑物流场仿真分析

参考文献

第5章 腐蚀对取水构筑物的影响

5.1 海洋腐蚀环境

5.1.1 海水腐蚀环境

5.1.2 海洋大气腐蚀环境

5.2 海水及海洋大气腐蚀的影响因素［1］

5.2.1 盐度

5.2.2 含氧量

5.2.3 CO2、碳酸盐的影响

5.2.4 温度影响

5.2.5 海水流速的影响

5.2.6 海生物的影响

5.2.7 干湿交替的影响

5.2.8 光照条件

5.3 工程腐蚀产生的影响

5.4 我国港工、水工工程腐蚀产生的影响

5.5 提高海工耐久性的技术措施

参考文献

第6章 城市立交无梁板桥设计及施工

6.1 沈阳市二环路改造工程

6.1.1 改造工程设计依据和设计标准［1］

6.1.2 沈阳市二环路改造工程概况

6.2 新立堡立交工程设计

6.2.1 总体设计

6.2.2 立交桥工程设计

6.2.3 主要材料要求

6.2.4 施工技术要求

6.3 新立堡立交桥施工

6.3.1 工程总体施工方案

6.3.2 工程重难点

6.3.3 钢结构梁桥的架设

参考文献

第7章 地震及车载动力对桥梁影响数值分析

7.1 数值仿真模型建立

7.1.1 数值分析模型

7.1.2 模型约束条件

7.1.3 数值分析参数设置

7.2 立交桥仿真分析

7.2.1 模态分析

7.2.2 位移结果分析

7.2.3 应力分析

7.3 车载振动的响应分析

7.3.1 模型建立

7.3.2 工况分析

7.4 仿真结果分析

7.5 无梁板桥结构设计、施工及调整

7.5.1 板桥上部结构形式

7.5.2 板桥上部结构配筋设计

7.5.3 桥墩配筋

7.5.4 无梁板桥预应力钢筋的施工

7.5.5 无梁板桥施工过程中的变更与加固处理

参考文献

第8章 高速公路安全性评价标准与方法

8.1 高速公路安全性评价的必要性

8.1.1 高速公路安全问题

8.1.2 高速公路道路工程安全性系统、规范评价的必要性

8.1.3 建立高速公路道路工程安全性评价标准与方法的迫切性

8.2 路基工程安全性评价

8.2.1 路基变形失稳影响因素与模式

8.2.2 路基工程安全性评价标准与方法

8.2.3 路基边坡工程安全性评价标准与方法

8.3 路面工程安全性评价

8.3.1 路面常见病害类型与影响因素

8.3.2 沥青路面行驶安全性的评价

8.4 隧道工程安全性评价

8.4.1 隧道工程安全性影响因素及其破坏形式

8.4.2 隧道工程稳定性判据与安全性评价

8.5 桥梁工程安全性评价

8.5.1 桥梁工程安全性影响因素

8.5.2 桥梁工程的安全性评价标准与方法

参考文献

第9章 采空区地基承载力理论与方法

9.1 增量加载有限元法

9.1.1 增量加载

9.1.2 屈服准则的选用

9.2 塑性势面、屈服面与破坏面

9.3 非关联法则下平面应变问题的速度滑移线场

9.4 计算实例

9.5 有限元强度折减法求解地基稳定安全系数

9.5.1 计算原理

9.5.2 屈服准则的转换

9.5.3 计算步骤

9.5.4 与Prandtl理论解的比较

9.5.5 安全系数的比较

参考文献

第10章 采空区路基路面变形研究

10.1 采空区煤层预留保安矿柱对路基的影响

10.1.1 煤层采空区预留保安矿柱对路堤的影响

10.1.2 煤层采空区预留保安矿柱对路堑的影响

10.1.3 煤层采空区预留保安矿柱对停车区路堤的影响

10.2 煤层采空区保安矿柱按不同回采率开采对路基的影响

10.3 倾斜煤层按不同开采顺序开采对路基的影响

10.3.1 倾斜煤层上部开采对路基的影响

10.3.2 倾斜煤层下部开采对路基的影响

10.3.3 倾斜煤层上下部同时开采对路基的影响

10.4 在复杂地质情况下开采对覆岩的影响

10.4.1 断层上盘开采对覆岩的影响

10.4.2 断层上下盘同时开采对覆岩的影响

10.5 井露采动、井工联采对路基影响分析

10.6 采空区路基路面设计方法

10.6.1 选线原则及勘察要点

10.6.2 采空区路基路面一般设计方法

10.7 采空区路基路面变形协调设计

10.7.1 变形协调设计方法

10.7.2 采空区高填路基设计

10.7.3 采空区连续配筋混凝土路面设计方法

10.7.4 采空区停车服务场地路面设计方法

10.7.5 采动区路基路面设计

10.7.6 采空区浸水路基路面设计

参考文献

第11章 跨越采空区路基、桥梁工程方案比选及工后监测

11.1 寺沟工程概况

11.1.1 寺沟地形路堤特征与工程概况

11.1.2 跨越采空区高填路基、桥梁工程及各方案物理力学参数

11.2 跨越采空区地基梁式桥数值模拟分析

11.2.1 模型建立

11.2.2 数值模拟分析

11.3 跨越采空区地基刚构桥数值模拟分析

11.3.1 模型建立

11.3.2 数值模拟分析

11.4 跨越采空区方案比选

11.4.1 模型建立桥梁方案比选标准［3-7］

11.4.2 跨越寺沟采空区高填路基、桥梁工程方案比选

11.5 InSAR空间对地监测技术、监测方法与数据的处理

11.5.1 InSAR技术［8-13］

11.5.2 InSAR监测方法

11.5.3 InSAR监测数据的处理

11.6 InSAR监测技术在高速公路路基路面变形监测中的应用

11.6.1 工程概况

11.6.2 空间监测

11.6.3 InSAR技术在公路工程防灾中的应用展望

参考文献

第12章 研究小结

12.1 核电站取水构筑物研究结论

12.2 城市立交无梁板桥研究结论

12.3 高速公路路基路面下伏采空区研究结论

本书结合三个工程项目：辽宁红沿河核电站一期工程施工建设项目、沈阳市迎“十二运”城市道路系统建设项目、河南禹登高速公路工程建设跨越煤矿采空区项目，通过理论分析和数值仿真及现场观测等手段，对高速公路穿越矿产采空塌陷区、核电站取水构筑物和城市立交桥在地震荷载及相应的运营过程中的各种荷载及环境条件等多种因素分析，揭示了影响土木工程结构稳定与安全的主要因素所在，研究结合工程实际应用，为类似工程的建设提供了借鉴。本书以实际工程项目为依托，所采取的研究方法和分析手段具有普适性，可作为工程研究和技术人员的工具书和参考书，也可作为土木、交通、水利工程类研究生的教材和参考书。

《复杂工程结构非常规环境力学特性与工程应用研究》针对当前发展核电、城市立体交通和高速交通安全工程建设中涉及的一些关键性热点问题，结合当前土木水利工程结构力学特性研究现状，对穿越矿产采空塌陷区的高速公路、核电站取水构筑物、无梁板立交桥在地震荷载下及运营过程中复杂环境条件下力学特性与工程应用进行系统的研究。《复杂工程结构非常规环境力学特性与工程应用研究》结合建设中已经开始运营的辽宁红沿河核电站取水构筑物工程建设的复杂环境问题，通过理论分析和数值仿真及现场观测等手段，对取水构筑物开展结构形式分类、设计方法、施工方案及影响分析，研究取水构筑物结构在海浪冲击、渗流影响和地震波作用下产生的应力、应变和位移等力学特性，开展海水结冰期和非结冰期不同海水压力下构筑物内部水流冲击和渗流作用影响的研究。确定了核电站取水构筑物在施工及运营过程中的不安全因素，揭示了地震荷载、海冰冲击、海浪拍打、渗流影响和环境腐蚀等因素对构筑物产生的影响。