考虑非饱和效应的跨海隧道衬砌混凝土氯离子非线性对流-扩散侵蚀模型及其求解方法

为准确预测跨海隧道衬砌内部氯离子含量,本文提出了一个考虑非饱和效应的跨海隧道衬砌混凝土氯离子非线性对流-扩散侵蚀模型。首先,分别引入Langmuir等温吸附结合模型、幂函数型非饱和扩散方程和VG-Mualem水分传输模型,依次考虑氯离子结合效应、混凝土内部非饱和扩散以及非饱和水分渗透作用对氯离子传输的影响,建立非饱和状态下的隧道衬砌混凝土氯离子侵蚀理论模型;其次,基于有限差分原理提出模型的数值求解方法,并验证求解方法的有效性;最后,通过试验分析模型的可靠性,开展参数讨论。研究结果表明：在非饱和状态下,水分渗透对混凝土内离子输运有双重促进作用,使得混凝土内部的饱和度、扩散系数和渗透系数均随时间增加而逐渐增大;在外水压作用早期,混凝土内部处于非饱和状态时,混凝土内部的毛细压力对离子传输效率的影响占主导作用,且呈现出显著的正相关性;饱和渗透系数越大,溶质流速越快,氯离子传输效率也更高。本文提出的基于有限差分原理的数值求解方法是有效的,建立的非饱和状态下隧道衬砌混凝土氯离子非线性对流-扩散侵蚀模型具有可靠性,可用于分析混凝土内部非饱和状态时的氯离子传输规律。     

硫酸盐浓度对水泥基材料传输性能的影响

为考察硫酸盐浓度对水泥基材料性能的影响,设计水灰比为0.5与0.35的砂浆试件,进行全浸泡试验,研究不同硫酸盐浓度对水泥基材料水分传输性能、力学性能与不同深度硫酸根离子传输性能的影响。结果表明：硫酸盐侵蚀后的水泥基材料,吸水量随着侵蚀龄期的增长而增大;水泥基材料的抗折、抗压强度随着硫酸盐侵蚀龄期与侵蚀溶液浓度的增加,呈现先增加后减小的趋势;随着硫酸盐浓度的增加,同深度硫酸根离子浓度随之增加;硫酸盐侵蚀水泥基材料会生成膨胀性产物填充内部孔隙,增加试件力学性能。     

水泥基材料热湿耦合传输性能

通过大气环境下水泥基材料热湿耦合传输试验,考察了温湿度梯度对湿传输、温湿度分布的影响。试验结果表明,湿传输随着温湿度梯度的增大而加快,且温度梯度比湿度梯度对湿传输的影响大;温度梯度比湿度梯度对温度分布的影响大;温湿度梯度对相对湿度分布的影响都比较大。因此,在水泥基材料热湿耦合传输过程中,水泥浆的湿传输比砂浆快,且应考虑热传输对湿传输的影响,但湿传输对热传输的影响可以忽略。计算结果表明,热湿耦合传输模型对水泥基材料具有较好的适用性。     

纤维和引气剂对现代水泥基材料抗渗性的影响

研究了聚乙烯醇纤维(PVAF)、聚丙烯纤维(PPF)、玄武岩纤维(BF)和不同掺量引气剂对现代水泥基材料抗渗性的影响.通过抗渗试验和压汞试验(MIP)对水泥基材料的抗渗性和孔结构进行测试,分析了纤维和不同掺量引气剂掺入后水泥基材料孔结构的改变,孔结构的改变影响了水泥基材料的抗渗性.实验结果表明:掺入PVAF可以提高水泥基材料的抗渗性,而PPF和BF对水泥基材料的抗渗能力有负面效应;掺入适量引气剂后因孔结构的改善也会显著提高水泥基复合材料的抗渗能力.     

基于预设随机裂隙的煤层注水数值模拟研究

为研究煤体内大量不规则裂隙对煤层注水效果的影响,通过MATLAB编程实现裂隙的随机分布,结合COMSOL软件进行煤层注水过程中渗流压力场、速度场与水分增量的数值模拟。研究结果表明:与注水孔相交裂隙的附近区域内,水压可达3.03 MPa,此类裂隙可延伸压力场的作用范围;随煤体内水分运移范围的逐渐扩大,平均渗流速度降低,48h后约为6.59mm·s~(-1),整体渗流速度趋向均衡;未与注水孔相交的裂隙同样可提升注水效果,且毛细作用力对提升煤体润湿效果的影响高于水压对提升煤体润湿效果的影响。     

修正的土体等温水分扩散系数求解方法探讨

文章通过分析地下水对路基土体的毛细作用现象,得出地下水在路基土体的迁移过程不能忽略重力的影响;在水平吸渗试验与饱和渗透试验方法基础上,推导了考虑重力影响的等温水分扩散系数求解公式;最后,利用自制的试验仪器做了3组不同干密度试样毛细上升试验,并利用上述方法求解了其扩散系数。     

早龄期混凝土内部湿度场的测量与数值模拟

通过对以往常用的混凝土内部相对湿度测试方法进行比较分析,研究开发能够准确、方便、数字化测试水泥基材料内部相对湿度的新型测试装置。基于新型测试装置对早龄期混凝土内部相对湿度进行了测量;并对混凝土内部湿度场进行了数值模拟。结果表明:新型测试装置结果要比预埋管法准确,装置的滞后性小;混凝土表面相对湿度降低较快,内部降低慢,水分含量沿试件高度分布不均,存在明显的湿度梯度;低水胶比混凝土的内部湿度场不仅受水分扩散的影响,还受到自干燥效应的影响;有限元数值模拟的计算结果与实测值有良好的一致性,有限元仿真计算能够较准确模拟混凝土的相对湿度,可用于分析不同构件混凝土的相对湿度变化规律。     

混凝土中毛细压力饱和度关系模型

首先分析了混凝土中毛细压力产生的原因,进一步分析了毛细压力与孔隙内水分弯液面之间的相关关系以及毛细压力与相对湿度之间的联系.利用圆柱孔模型对排湿过程同一相对湿度对应饱和度比吸湿过程高这种滞后效应进行分析.根据滞后效应的分析,基于已有的吸湿过程中毛细压力与饱和度关系提出了预测排湿过程中毛细压力与饱和度之间的关系模型.进一步引入等比容吸附热量的影响,分析了温度对排湿过程中毛细压力与混凝土内饱和度之间关系的影响,结果发现随着温度的升高同样饱和度对应的毛细压力数值逐渐降低.     

界面过渡区对水泥基材料氯离子扩散性能的影响研究

利用RCM加速氯离子扩散法来预测界面过渡区(ITZ)对水泥基材料氯离子扩散性的影响规律.为了初步判断试样界面过渡区的氯离子扩散性能,并且了解骨料类型对水泥基材料传输性能的影响规律,取3种加工成立方体的粗骨料(玄武岩、花岗岩和砂岩)来制备混凝土试件,与相同配比的砂浆基体试样进行对比分析.结果表明,相同配比的情况下,含骨料试件比砂浆试件扩散系数大,且含花岗岩的试样氯离子扩散系数最低,说明界面过渡区对于水泥基材料的氯离子扩散性存在一定影响.能谱元素线分析结果表明,花岗岩与水泥砂浆基体间界面区厚度较小,约为35μm,且比较密实,对水泥基材料的扩散性能影响最小.采用离散单元法建立的三维骨料的随机分布模型,最初的模拟结果可较为直观地分析介质在界面区的扩散路径,并为以后骨料集合体通过扩散路径的长度、迂曲度的变化影响扩散速度的研究工作打下基础.     

改性黄土垂直方向毛细水上升作用研究

黄土中极易发生毛细水上升的现象,毛细水的上升作用会影响黄土的含水率、强度和土体的结构,造成土体稳定性下降,弱化黄土地基。石灰和水泥作为常用的改性材料被广泛应用于黄土改良。试验研究了黄土以及石灰、水泥不同配比下的改性黄土在毛细水上升作用50 d过程中的含水率变化,推算出毛细水在黄土和改性黄土中上升高度和速率,以及50 d后密度、干密度及无侧限抗压强度等参数的变化规律。评估了3%石灰改性土、5%石灰改性土和3%水泥改性土改善黄土中毛细水上升作用的可行性;并对三者的改性作用进行比较。试验结果表明:三种改性土都可以有效地减缓毛细水上升高度和速度(从黄土的160 cm最低降低到60 cm左右),提高强度(水泥土50 d后土水接触面处试件无侧限抗压强度为0.86 MPa,为同高度处黄土强度值的3倍)和密度。试验最后得出,石灰能够有效降低土体内的含水率,且随着含量的增加,吸水作用越明显,而水泥对于土体内部结构的改性作用更大,提升土体强度和遇水稳定性,阻碍毛细水上升作用显著。     

制备GaN基材料的数值模拟研究进展

综述了紫外探测器的实际应用,特别介绍了紫外预警系统的作用原理;详细介绍了GaN基材料及其生长方法;对MOCVD法制备GaN基材料的过程做了详细描述,特别介绍了国内外MOCVD系统制备GaN基材料的数值模拟方法。     

自然浸泡对水泥基材料渗透性能的影响及作用机理

将混凝土和砂浆样品浸泡在超纯水中,定期检测表层渗透性能、孔结构及微观形貌,研究浸泡环境对水泥基材料渗透性能的影响及作用机理。研究结果表明:随着浸泡龄期的延长,表层渗水系数逐步减少,浸泡150 d后的表层渗水系数仅为浸泡30 d的50%;随着龄期的延长,水泥基材料的孔结构得到优化,相比浸泡30 d的孔结构,浸泡150 d后,孔径小于100 nm的孔体积是浸泡30 d的1.17倍,而孔径为100~200 nm孔体积是浸泡90 d的64%,微观孔结构进一步细化;与标准养护28 d的砂浆基准样相比,超纯水浸泡180 d后,XRD曲线中Ca(OH)_2的峰值强度明显减弱,水化浆体中Ca(OH)_2的质量分数减少;浸泡90 d后水化浆体晶体结构松散,表面凹凸明显,有一些细小的孔洞。     

真空堆载联合预压数值模拟研究

真空堆载联合预压的快速发展,使得工程需要大大超过了理论发展,从而数值模拟成为指导实践的一个有效方法.对青岛某会展中心软基处理用FLAC3D进行数值模拟,通过对软基中沉降和孔压的对比分析,验证了数值模拟的可行性.利用数值模拟分析了堆载对深层水平位移的影响,同时分析了排水板打设深度及板端土层渗透性对沉降的影响.分析结果表明:堆载可以有效地缓解浅层土的水平位移;排水板打设深度控制在要处理的软弱土层底部以上1 m处为最佳;排水板打入渗透系数较大的土层时会影响真空预压的处理效果,此时可以通过堆载改善软基处理的结果.     

低真空条件对混凝土中介质迁移性能的影响

为探索低真空条件对混凝土中介质迁移性能的影响规律,保障低真空管道等严酷环境下混凝土结构服役性能,首先,通过模拟低真空环境条件,研究了经低真空条件处理的混凝土气体渗透性、毛细吸水性和氯离子渗透性能;其次,分析了粉煤灰、硅灰、消泡剂和吸水树脂(SAP)等外加剂对低真空条件下混凝土中气体、离子、水介质迁移性能的影响规律;最后,基于灰色关联理论,探讨了各因素与混凝土中介质迁移性能的关联度。研究结果表明：低真空条件对混凝土气体渗透性和毛细吸水性产生显著不利影响,复合掺入粉煤灰、硅灰及消泡剂可较好地降低混凝土气体渗透性和毛细吸水性,并且提高混凝土抗氯离子渗透性能,但复合掺入SAP对混凝土抗渗性改善作用较低;低真空条件处理会显著增加混凝土的水分蒸发量,扩大孔结构,从而导致其抗介质迁移性能比标准养护的差。复合掺入粉煤灰、硅灰及消泡剂可制得适用于低真空条件的高抗介质迁移性能的混凝土。     

低渗透油藏CO2混相驱对储层改造作用的实验研究

研究注入CO2对低渗透储层的改造作用,对于理解CO2驱混相体系的渗流特征以及完善混相驱数值模拟方法都具有重要的意义。以取自吉林大情字井油田的天然岩心为研究对象,开展混相条件下的CO2驱替实验,分析驱替实验前后岩心成分和物性参数的变化。研究结果表明,CO2注入低渗透储层后会引起储层孔渗的改变,改变主要来自于长石和碳酸盐胶结物的溶解和微粒的运移,且多发生在能量汇集较高的喉道内壁处。这些改变将最终影响气体突破的时间和CO2驱的驱替效率,是发展CO2驱数值模拟模型应当考虑的因素。     

无碳化影响时干湿交替下水泥基材料中氯离子传输行为

为了研究不存在碳化影响时干湿交替下氯离子的传输规律及分布特征,在N_2环境下进行干湿交替以彻底排除干燥过程中碳化的影响;建立了仅考虑扩散和毛细吸附-水分蒸发的氯离子传输数值模型.结果表明,在实验测得的与计算得到的氯离子分布曲线中都出现了氯离子浓度峰,氯离子含量及浓度峰出现的位置均较为相近,且氯离子浓度峰出现的深度在0～2 mm内.此外,暴露时间、水灰比、温度及外部盐溶液浓度的增大以及环境湿度的减小都会导致氯离子浓度峰增强,且浓度峰出现的位置向暴露面更深处迁移.实验结果与计算结果的一致性不仅显示了无碳化影响时干湿交替后氯离子的分布规律及特征,而且反映出了毛细吸附-水分蒸发是导致氯离子浓度峰形成的根本原因.     

水分在季节性冻土中的运动

季节性冻土是一种冰水共存的特殊土水体系,在分析冻土中水分运动的驱动力及其影响因素,冻土介质的物理特性（热特性和水力特性）及其参数测定方法的基础上,综述了水分在冻土中运动的基本规律及定量研究水分运动的试验与数值模拟方法。     

水泥水化过程的计算机模拟

介绍了一项新颖的设计并模拟水泥基复合材料水化过程并依据水泥细观组织结构预测水泥性能的技术流程框架,为水泥基复合材料耐久性的研究和发展提供了一种新思路,建立了一个随机的、基于数字化影像基础（DIBM）的模型,通过计算机模拟,将水泥基复台材料的整个拌制过程,特别是水泥的水化过程在计算机上进行生动的可视化仿真,随机模型依据元胞自动机（cellular automata）技术,对水泥水化过程中各不同阶段的细观组织结构进行模拟、分析和计算,得到水泥熟料中各组成物的水化程度、各种水化产物的体积分数、水泥石的孔隙率以及孔的分布情况等,并依此预测水泥基复合材料硬化后的性能,通过对纯硅酸盐水泥基本性能参数的分析与计算,计算机模拟得到该种水泥在不同龄期的水化产物及细观组织结构。     

电场作用下水泥基材料的MgSO_4侵蚀

已有研究表明电场能够加速水泥基材料硫酸盐侵蚀并可用于快速评价水泥基材料的抗硫酸盐侵蚀性能,但以上研究均是针对电场作用下Na_2SO_4溶液的侵蚀,鲜有研究电场作用下MgSO_4溶液侵蚀行为.本文利用抗蚀系数反映电场对水泥基材料MgSO_4侵蚀程度影响,利用XRD和SEM/EDS分析电场作用下水泥基材料的MgSO_4侵蚀机理.研究表明:电场加速了水泥基材料MgSO_4侵蚀破坏;在电场作用下SO_4~(2-)离子从阴极进入试件内部,首先与Ca(OH)_2反应生成石膏,生成的石膏继续与C_3A的水化产物反应生成钙矾石,当C_3A的水化产物反应完毕,从外界进入的SO_4~(2-)离子继续与Ca(OH)_2反应生成石膏,其侵蚀产物以石膏为主,其次是钙矾石.     

污泥基充填膏体重金属浸出机理及风险评价研究

以污水污泥替代部分煤矸石,与水泥、粉煤灰制备污泥基充填膏体材料,可以妥善处置污水污泥,同时解决矿井充填材料短缺问题。为保障地下水环境安全,研究了污泥含量10%的污泥基充填膏体的重金属浸出机理,利用熵权质量指数对污泥及污泥基充填膏体浸出液进行水质评价,并利用支持向量机构建水质评价预测分类模型。结果表明：结合浸出动力学分析重金属离子浸出规律,重金属离子质量浓度上升阶段,其质量浓度变化符合扩散作用控制的收缩核模型;污泥基充填膏体重金属浸出机理是水分子与充填膏体中游离重金属离子结合形成水合金属离子,在浓度梯度力的作用下浸出至外部水中;污泥基充填膏体浸出液水质等级整体为2级,满足Ⅲ类水质量标准。根据EWQI结果以支持向量机算法为核心,建立了水质评价模型,模型效果较好,且具有较高的统一性。