一、选题背景与研究意义

（一）选题背景

随着城市化进程的加速，城市地下排水管网系统作为城市基础设施的重要组成部分，其运行状况直接关系到城市的正常运转和居民的生活质量。然而，由于建设年代久远、设计标准较低以及长期受到环境因素和荷载作用的影响，许多城市的地下老旧排水管网出现了不同程度的损坏，如破裂、渗漏、变形等问题。这些问题不仅会导致污水外溢，污染环境，还可能引发路面塌陷等安全事故，严重威胁城市的安全和可持续发展。

紫外光固化修复技术作为一种非开挖修复技术，具有施工速度快、对周边环境影响小、修复效果好等优点，在城市地下老旧排水管网修复中得到了广泛应用。该技术通过在原有管道内铺设内衬管，并利用紫外光照射使内衬管固化，形成新的管道结构，从而达到修复管道的目的。然而，在实际工程应用中发现，紫外光固化修复后的排水管网在长期使用过程中，其环刚度会出现不同程度的衰减，这可能会影响修复管道的使用寿命和安全性。

（二）研究意义

本课题旨在研究城市地下老旧排水管网紫外光固化修复后长期环刚度衰减机制，具有重要的理论和实际意义。在理论方面，通过对环刚度衰减机制的研究，可以深入了解紫外光固化修复管道在长期使用过程中的力学性能变化规律，为建立科学合理的管道寿命预测模型提供理论依据。在实际应用方面，本研究成果可以为城市地下排水管网的维护和管理提供科学指导，有助于制定合理的修复方案和维护策略，提高修复管道的使用寿命和安全性，降低城市地下排水管网的运营成本。

二、国内外研究现状

（一）国外研究现状

国外在城市地下排水管网修复技术和管道力学性能研究方面起步较早，取得了许多重要的研究成果。对于紫外光固化修复技术，国外已经开展了大量的试验研究和工程应用，对修复管道的短期力学性能和耐久性有了较为深入的了解。一些研究表明，紫外光固化修复管道的环刚度在短期内能够满足设计要求，但在长期使用过程中，由于环境因素（如温度、湿度、化学腐蚀等）和荷载作用的影响，环刚度会逐渐衰减。然而，目前国外对于环刚度衰减机制的研究还相对较少，尚未形成系统的理论和方法。

（二）国内研究现状

近年来，随着我国城市化进程的加快，城市地下排水管网修复技术得到了快速发展，紫外光固化修复技术也逐渐得到了广泛应用。国内一些科研机构和高校对紫外光固化修复管道的力学性能进行了研究，取得了一定的成果。例如，通过室内试验研究了不同因素对修复管道环刚度的影响，分析了修复管道在短期荷载作用下的力学性能变化规律。但总体而言，国内对于紫外光固化修复管道长期环刚度衰减机制的研究还处于起步阶段，相关研究成果较少，需要进一步深入开展研究。

三、研究目标与研究内容

（一）研究目标

本课题的研究目标是揭示城市地下老旧排水管网紫外光固化修复后长期环刚度衰减机制，建立环刚度衰减预测模型，为城市地下排水管网的维护和管理提供科学依据。具体目标如下：

1. 研究紫外光固化修复管道在不同环境因素和荷载作用下的长期力学性能变化规律。

2. 分析环刚度衰减的主要影响因素，明确各因素对环刚度衰减的影响程度。

3. 建立基于多因素耦合作用的环刚度衰减预测模型，并验证模型的准确性和可靠性。

（二）研究内容

为实现上述研究目标，本课题将主要开展以下研究内容：

1. 紫外光固化修复管道材料性能研究：对紫外光固化修复所用的内衬材料进行性能测试，分析材料的物理力学性能和化学稳定性，研究材料在不同环境条件下的老化特性。

2. 环境因素对环刚度衰减的影响研究：考虑温度、湿度、化学腐蚀等环境因素，通过室内模拟试验，研究不同环境因素单独作用和耦合作用下紫外光固化修复管道环刚度的衰减规律。

3. 荷载作用对环刚度衰减的影响研究：分析修复管道在长期使用过程中所承受的各种荷载，如土压力、交通荷载等，通过试验研究不同荷载形式和荷载水平对环刚度衰减的影响。

4. 环刚度衰减机制分析：综合考虑环境因素和荷载作用，分析紫外光固化修复管道环刚度衰减的内在机制，明确各因素对环刚度衰减的作用机理。

5. 环刚度衰减预测模型建立：基于试验研究结果，建立考虑多因素耦合作用的环刚度衰减预测模型，并通过实际工程案例验证模型的准确性和可靠性。

四、研究方法与技术路线

（一）研究方法

本课题将综合运用试验研究、理论分析和数值模拟等方法开展研究，具体方法如下：

1. 试验研究：通过室内模拟试验，研究不同环境因素和荷载作用下紫外光固化修复管道环刚度的衰减规律。试验包括材料性能测试、环境模拟试验和荷载试验等。

2. 理论分析：基于试验研究结果，分析环刚度衰减的主要影响因素，建立环刚度衰减的理论模型，揭示环刚度衰减的内在机制。

3. 数值模拟：利用有限元软件对紫外光固化修复管道在不同工况下的力学性能进行数值模拟，验证试验研究结果和理论分析模型的准确性。

（二）技术路线

本课题的技术路线如下：

1. 资料收集与整理：收集国内外相关研究资料和实际工程案例，了解紫外光固化修复技术和管道力学性能研究的现状和发展趋势。

2. 试验方案设计：根据研究目标和研究内容，设计室内模拟试验方案，确定试验参数和试验方法。

3. 试验实施与数据采集：按照试验方案进行室内模拟试验，采集试验数据，并对数据进行整理和分析。

4. 理论分析与模型建立：基于试验研究结果，进行理论分析，建立环刚度衰减预测模型。

5. 模型验证与优化：通过实际工程案例验证环刚度衰减预测模型的准确性和可靠性，并对模型进行优化。

6. 研究成果总结与应用：总结研究成果，撰写研究报告和学术论文，将研究成果应用于实际工程中。

五、预期成果与创新点

（一）预期成果

1. 完成城市地下老旧排水管网紫外光固化修复后长期环刚度衰减机制的研究报告，系统阐述环刚度衰减的规律和机制。

2. 建立考虑多因素耦合作用的环刚度衰减预测模型，为城市地下排水管网的维护和管理提供科学依据。

3. 在国内外学术期刊上发表相关学术论文，提升本课题研究成果的影响力。

（二）创新点

1. 综合考虑环境因素和荷载作用的耦合影响，深入研究紫外光固化修复管道长期环刚度衰减机制，弥补现有研究的不足。

2. 建立基于多因素耦合作用的环刚度衰减预测模型，提高环刚度衰减预测的准确性和可靠性。

3. 将研究成果应用于实际工程中，为城市地下排水管网的维护和管理提供科学指导，具有重要的工程应用价值。

六、研究计划与进度安排

本课题研究计划分为四个阶段，具体如下：

1. 第一阶段：资料收集与整理，了解国内外相关研究现状和发展趋势，确定研究方案和技术路线。

2. 第二阶段：开展室内模拟试验，包括材料性能测试、环境模拟试验和荷载试验等，采集试验数据并进行分析。

3. 第三阶段：进行理论分析，建立环刚度衰减预测模型，并通过数值模拟验证模型的准确性。

4. 第四阶段：通过实际工程案例验证环刚度衰减预测模型的可靠性，对模型进行优化和完善，总结研究成果，撰写研究报告和学术论文。

七、课题研究的可行性分析

（一）理论基础可行性

本课题涉及的管道力学、材料科学、环境科学等相关理论已经较为成熟，国内外在这些领域已经取得了大量的研究成果，为课题研究提供了坚实的理论基础。同时，本课题组在管道修复技术和管道力学性能研究方面积累了一定的经验，具备开展本课题研究的理论知识和技术能力。

（二）试验条件可行性

本课题组所在单位拥有先进的试验设备和仪器，如万能材料试验机、环境模拟试验箱等，能够满足本课题室内模拟试验的要求。同时，本单位还与多家科研机构和高校建立了合作关系，可以共享试验资源，为课题研究提供了良好的试验条件。

（三）人员可行性

本课题研究人员具有丰富科研经验，具备较强的科研能力和创新能力，能够保证课题研究的顺利进行。

八、结语

本课题围绕城市地下老旧排水管网紫外光固化修复后的长期环刚度衰减机制开展系统研究，研究成果将为管网修复工程的质量评估与寿命预测提供理论依据和技术支撑。通过揭示材料老化机理与环境因素的耦合作用规律，建立科学完善的环刚度衰减模型，可有效指导修复工艺优化和材料改进，提升修复管道的长期服役性能。研究成果的应用将显著延长管网使用寿命，降低运维成本，为城市地下基础设施的安全运行提供保障。本研究的开展不仅具有重要的工程实践价值，还将推动非开挖修复技术理论体系的完善，为城市更新和智慧管网建设提供技术储备，对促进市政基础设施可持续发展具有重要意义。