水下隧道混凝土中水分运移

分析了水下隧道非饱和混凝土中水分运移的理论模型;实验获得了混凝土孔隙率、初始饱和度、饱和水力传导系数和混凝土等温吸附曲线等基本参数,通过室内加压渗流实验得到了水分运移深度随加压时间、水压、初始饱和度和水胶比的变化规律;采用TOUGH2软件数值模拟了水分等温水平运移中流速和饱和度的变化规律和分布特征。研究认为水下隧道混凝土中水分受外水压力和毛细吸力共同驱动;外水压力越大、初始饱和度越小,水分运移速度越快、水分运移深度越大;随着饱和度提高水分润湿锋面前移,混凝土内完全饱和区域逐渐扩大,压力差逐渐取代毛细吸力成为水分运移的控制因素。     

海洋环境耐久混凝土的配合比优化研究

以混凝土材料成本为优化目标,以混凝土耐久性、强度和工作性能为约束条件,建立海洋环境耐久混凝土配合比的优化数学模型.分析了表面氯离子浓度、保护层厚度对耐久混凝土配合比的影响.为辅助现场试验提供了优选思路,为优化结构初始成本提供了定量的依据.     

海洋环境侵蚀作用下混凝土梁抗弯性能试验研究

试验研究了某海港码头足尺锈蚀混凝土梁的材料力学性能和抗弯承载能力,分析了混凝土梁在海洋环境中的耐久性失效问题,提出了锈蚀混凝土梁的弯曲破坏失效机理,建立了足尺锈蚀混凝土梁的三维有限元模型,并对不同锈蚀程度的混凝土梁进行锈蚀模拟.电化学加速试验结果证明了该模型的合理性.     

基于可靠度的混凝土梁耐久性优化设计

传统的钢筋混凝土结构优化设计几乎不考虑结构耐久性的要求．本文对允许钢筋部分锈蚀的混凝土梁构件，根据结构安全、适用、耐久三方面的要求，建立了基于可靠度的耐久性优化模型，并利用遗传算法对其进行优化计算．研究发现结构耐久性与气候、使用环境及养护时间有关，提高混凝土强度等级和保护层厚度可以改善结构的耐久性．估算失效费用对结构总成本和优化策略有很大影响，当失效费用较低时，宜通过增加保护层厚度来保证结构的耐久性；当失效费用较大时，采用高强度混凝土比较经济．     

水压下单裂隙开裂混凝土渗透试验及模型公式研究

为了研究开裂混凝土的渗透特性,通过室内试验研究了裂缝宽度、外水压力对开裂混凝土渗透特性的影响,总结了目前开裂混凝土理想光滑平行裂缝模型和考虑粗糙度影响裂缝模型的绝对渗透系数计算公式,并将试验获得的渗透系数与各理论模型的计算结果进行分析比较。研究表明:裂缝宽度对混凝土结构渗透性影响最大,符合立方定律函数关系,水压、渗透时间与渗水量符合线性增长函数关系;比较试验结果和各理论模型发现,绝对渗透系数试验值拟合曲线与裂缝三次方公式曲线拟合较符合,建议作为开裂混凝土渗透系数的理论依据。     

非饱和开裂混凝土中水分运移研究

根据双重孔隙介质模型将开裂混凝土视为由完好混凝土和裂缝组成的复合孔隙材料,基于非饱和混凝土的水分运动方程和裂隙渗流的立方定律提出非饱和开裂混凝土中的水分运动方程,同时采用渗水装置对预制裂缝混凝土试块进行渗水试验,研究混凝土初始饱和度、水胶比和裂缝宽度对渗水深度的影响;采用TOUGH 2软件数值分析开裂混凝土中饱和度和水分流速的变化,根据平均流速计算渗水深度并与试验结果比较.研究发现:混凝土初始饱和度越小、裂缝宽度越大,则渗水深度越大,且渗水深度增长先快后慢,反映了混凝土基质势是开裂混凝土中水分运移的驱动因素;裂缝宽度与混凝土渗透性正相关;水分入渗开裂混凝土后流速差和平均流速随时间延长逐渐降低;采用平均流速计算的渗水深度能更好地反映渗水试验中渗水深度的变化趋势.     

浅埋隧道地表砂浆锚杆加固的设计方法

在分析浅埋隧道地表砂浆锚杆加固原理和加固效果的基础上,根据普氏地压理论,在松散介质中开挖隧道,在其上方会形成一抛物线形平衡拱,提出浅埋隧道地表砂浆锚杆加固的设计方法,并结合现场试验将结果进行对比分析,对于岩质相对较好的松散围岩,采用钢筋砂浆锚杆进行锚固处理效果明显,文章提出的设计方法是可行的,具有一定的实际应用价值.     

海底隧道非饱和混凝土中氯离子渗透研究

海底隧道发展迅速,有着良好的应用前景,但恶劣的服役环境、维修难度高成本大使得其耐久性成为亟待研究的问题.基于达西定律和压力变化规律,分析了水分在非饱和混凝土中的渗流规律,得出了混凝土中压力、水分渗流速度与深度及时间的关系,并建立渗透深度模型.同时求解了氯离子的对流扩散方程,得到氯离子浓度的解析解.同时,分析了水压力、强度等级、抗渗等级及相对渗透率等因素对渗透深度和氯离子浓度的影响.将上述理论模型应用于工程实例中,证明其能够满足设计使用寿命.     

基于扩散-对流模型的海底混凝土隧道耐久寿命预测

考虑海底隧道承受侵蚀性高压力海水的服役环境特点以及高性能混凝土的非饱和特性,建立了海底混凝土隧道氯离子扩散-对流传输模型和耐久寿命预测模型。以舟山沈家门海底隧道为工程背景,通过室内实验确定计算参数,采用TOUGH2软件数值模拟了环境中氯离子侵入隧道的传输过程,得到了氯离子经时传输规律,以及水头、混凝土初始饱和度、环境氯离子质量分数的作用规律,比较了扩散、饱和扩散-对流、非饱和扩散-对流预测模型的计算差异。结果表明：海底隧道腋角位置的氯离子质量分数累积最高;水头和环境氯离子质量分数与氯离子质量分数增长呈正相关,混凝土初始饱和度与氯离子质量分数增长呈负相关;按照扩散模型预测得到的隧道耐久寿命最长,按照非饱和扩散-对流模型预测得到的耐久寿命最短。     

预估混凝土氯离子分布的新方法

氯离子侵蚀引起钢筋锈蚀是沿海地区钢筋混凝土结构失效的一个主要原因.目前在应用Fick定律进行氯离子扩散分析时,一般不考虑混凝土对氯离子的固化作用以及扩散系数在服役期间的变化.本文基于Fick第一、第二扩散定律,提出了一种简单而可靠的推算氯离子质量分数的方法.该方法考虑了混凝土对氯离子的线性固化,以及扩散系数在服役期间的变化.根据一个自然环境中对混凝土试件现场氯离子质量分数试验的数值分析发现,混凝土中的氯离子质量分数随服役时间的增加而增加,随扩散深度的增加而减少.氯离子扩散系数是一个随时间、扩散深度和氯离子质量分数变化的变量.