冰-砼碰撞在输水隧洞中的力学特性机理

为了研究西北寒冷地区中小型流冰对输水隧洞的碰撞问题,基于实验分析结合数值模拟的方法,选取模型实验几何比尺λ为1∶5,通过ANSYS/LS-DYNA软件进行有限元仿真,得到不同工况下流冰对输水隧洞衬砌撞击力影响规律。结果表明:流冰撞击力峰值与流冰速度呈现出近似的线性关系;流冰撞击力峰值与流冰压缩强度呈现出近似的对数函数关系,在较高速度下,流冰的塑性效果起主要作用,流冰的压缩强度对流冰的撞击力结果影响较为不明显;流冰撞击应力峰值与流冰厚度呈现出近似线性关系。同时,通过数值模拟与模型实验得到的流冰撞击力影响规律基本一致,验证了冰-砼碰撞实验装置的准确性及合理性。由于数值模拟时流固耦合的计算方法考虑了水介质对流冰的影响,在流冰撞击输水隧洞衬砌时形成水垫效应,从而会轻微地降低流冰撞击力,而模型实验未考虑水体对流冰的影响,因此各种工况下的模型实验结果均普遍大于数值模拟结果。

基于FOTP-GM(1,1)模型的聚丙烯纤维混凝土劣化过程研究

为研究西北干寒地区聚丙烯纤维混凝土建筑物受到干湿-冻融双因素耦合作用下产生的材料耐久性问题,设计室内加速试验,模拟该地区聚丙烯纤维混凝土在干湿和冻融作用下的劣化过程,并以质量损失率和抗压强度损失率为劣化指标进行研究;选用全阶时间幂灰色预测模型对抗压强度损失率变化过程进行建模,确定了对应试验工况下模型的最优结构形式。研究表明:试件的质量损失率经时变化规律为先减小、后增加、再减小直至试验结束,试件的抗压强度损失率经时变化规律为先减小、后增加直至破坏;在试验所取的纤维掺量范围内,0.9 kg/m~3的纤维掺量对试件抵抗干湿-冻融破坏能力的改善效果最为明显,试验结束时该掺量下的试件还未达到破坏标准,而其他掺量下的试件均已破坏;当时间幂项阶数h=3时,全阶时间幂灰色预测模型与聚丙烯纤维混凝土劣化过程的原始数据之间的拟合度达到98%,预测值与实际值之间的相对误差低于0.15。室内加速试验和全阶时间幂灰色预测模型的结合,为混凝土结构耐久性设计及寿命预测提供了理论支持。

西北盐渍干寒地区聚丙烯纤维混凝土耐久性损伤试验研究

西北盐渍干寒地区的盐胀、溶陷和腐蚀等工程病害严重影响混凝土正常使用。针对水工混凝土耐久性突出问题,以引大入秦工程为例,在现场取样基础上对混凝土残渣进行XRD分析确定侵蚀产物;结合混凝土侵蚀机理,设计室内劣化加速试验,利用核磁共振技术,从细观角度分析混凝土内部孔隙发展状况;选取混凝土相对动弹性模量、抗压强度损失率、质量损失率等宏观指标,结合SEM微观图像,探究聚丙烯纤维混凝土(PFRC)的耐久性损伤过程规律及特征。研究表明:聚丙烯纤维能够增加混凝土在复盐溶液中的循环次数,有效减少脱落,试验停止时,掺量为0.9 kg/m^(3)的PFRC比普通混凝土质量损失减小3.61%;从细观层面看,聚丙烯纤维对浇筑完成后的混凝土微观孔隙结构稍有改善,但不明显;在混凝土“加速劣化”阶段,聚丙烯纤维能有效抑制混凝土中毛细孔和非毛细孔的增多;从微观形貌看,混凝土内部孔隙处生成的腐蚀产物是裂缝发展的主因,聚丙烯纤维不能阻止钙矾石、石膏等腐蚀产物生成。

硫酸盐环境下再生混凝土抗冻耐久性及界面微观结构研究

为了研究硫酸盐侵蚀和冻融循环两者耦合作用下再生混凝土的耐久性能,设计硫酸盐环境下冻融循环试验,测定再生骨料取代率分别为0、30%、60%混凝土的质量损失、相对动弹性模量等力学指标,并利用核磁共振(NMR)、扫描电镜(SEM)等技术探究骨料取代率对再生混凝土耐久性损伤过程及微观结构发展规律的影响.结果表明:在冻融循环试验中,再生骨料取代率为60%的混凝土和普通混凝土抗冻性能及抗硫酸盐侵蚀性能相近.掺入再生骨料增加了小孔(d<10nm)、中孔(d为10~50nm)及大孔(d为50~1 000nm)的孔隙数量,有利孔隙数量增大,且未冻融前有利孔隙数量排序:R60>R30,再生骨料取代率为60%时可以有效减少冻胀裂缝,内部孔隙结构扩展不明显;再生骨料取代率为30%的混凝土内部孔隙扩展情况更为显著,其T2谱曲线总面积变化率为162.46%.扫描电镜结果可以看出界面过渡区与裂缝是再生混凝土中较薄弱的环节,在硫酸盐冻融环境下混凝土内部孔隙处生成的钙矾石晶体和石膏晶体是后期混凝土裂缝发展的直接原因.