考虑温度时变效应氯离子侵蚀混凝土的格子Boltzmann数值模型

对于长期暴露在氯盐环境下的混凝土结构,在外界温度影响下氯离子的侵蚀作用非常复杂,会影响钢筋锈蚀进程及其耐久性。为此,基于格子Boltzmann方法,采用双分布函数分别描述混凝土温度场和氯离子浓度场的演化过程,考虑外界温度的时变效应,建立氯离子侵蚀混凝土的数值模型。在此基础上,讨论水灰比、饱和度和昼夜温差等因素对氯离子侵蚀机制以及混凝土服役寿命的影响。研究表明:随着水灰比的增大,氯离子扩散系数逐渐增大,从而加剧了氯离子的侵蚀作用。混凝土饱和度越大,氯离子的扩散速率越快,从而导致混凝土的服役寿命缩短,当饱和度超过75%时,混凝土的服役寿命变化趋势逐渐趋于稳定。此外,昼夜温差越大,其对扩散系数的影响越显著,但总体而言,昼夜温差的变化对混凝土服役寿命的影响并不突出。

单一裂隙渗流的格子Boltzmann数值模拟

基于格子Boltzmann方法在计算流体力学方面具有程序易于实现、边界条件处理简洁、计算效率高、可得到清晰物理图像等优点,将其与D2Q9模型结合,采用非平衡外推格式的分布函数边界,建立单一光滑平板裂隙渗流模型,并结合经典流体力学的泊肃叶流算例,验证了模型的有效性。最后,分析不同压力差、不同隙宽对单一裂隙渗流量及流量稳定所需计算时步的影响,得出:单一裂隙渗流过程中,压力差或隙宽越大则该时刻下的渗流量越大,而渗流量达到稳定的计算时步与压力差和隙宽呈相反关系,即压力差与隙宽越大则其渗流量达到稳定所需计算时步越长。

干湿循环与化学溶蚀作用下玄武岩传质‐劣化过程的试验研究

库区消落带岩体受持续干湿循环作用,导致岩体风化加剧,力学性质随之劣化。以玄武岩为研究对象,分别开展pH=3,7,11溶液条件下的干湿循环试验,探讨溶液pH值及循环次数作用下玄武岩单轴抗压强度的劣化规律。通过溶液化学成分检测,分析3种pH条件下的水岩传质过程。基于玄武岩溶解动力学机制,研究非平衡态与平衡态时的强度劣化与传质过程。研究结果表明:3种溶液环境下试件单轴抗压强度均随循环次数的增加而降低,不同pH溶液环境中,其劣化效应在前期存在显著差异,酸性劣化程度最大,中性次之,碱性最弱,这种差异性在后期逐渐减小,最终3种溶液环境下的劣化程度相当;酸、碱溶液中的水岩化学反应经历了从非平衡态到平衡态的转变,中性溶液中的水岩化学反应始终处于非平衡态;不同pH值溶液中的非平衡态反应过程一致,玄武岩中元素释放顺序为:Ca,Al,Si,平衡态反应过程中Al在固相表面发生沉淀与置换,沉淀将抑制Si元素的释放,而置换将促进Si元素的释放;中性溶液中的岩石强度劣化程度受控于非平衡态的全等溶解反应,酸性与碱性溶液中,岩石强度劣化在前期受到Al沉淀形成速度的影响,后期受到Al置换作用影响。研究成果可为合理评价玄武岩库岸边坡长期稳定性提供科学依据。