水下隧道混凝土裂缝中水分输运研究

发布时间：2017-10-25 23:35

  本文关键词：水下隧道混凝土裂缝中水分输运研究

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【摘要】：本文从水下隧道环境特点及结构特征出发,针对水下隧道承受水压、混凝土非饱和以及带裂缝的情况,研究了水下隧道非饱和混凝土裂缝中水分输运过程。采用理论分析、数值计算与试验研究相结合的方法,围绕水下隧道外侧混凝土裂缝中水分输运进行系统地研究,并将红外检测技术应用到水下隧道混凝土裂缝中水分渗透的室内试验中,从红外辐射试块表面温度变化角度映证了水下隧道混凝土裂缝中水分输运规律。本文研究对水下隧道结构耐久性的研究工作有一定的参考意义。本文主要研究工作及取得的成果有：(1)基于双重介质裂缝模型建立适用于水下隧道非饱和混凝土裂缝中水分输运的理论模型。基于非饱和混凝土中水分运动方程(Richards方程)提出隧道非饱和混凝土裂缝中水分渗透系数。理论模型用水头h作为变量,实现了水下隧道外侧与水接触的饱和情况与内侧混凝土非饱和情况的模拟。(2)采用COMSOL Multiphisics软件进行了模型的数值求解。数值计算结果表明：水势变化区相同位置处外水压力越大,水势越大;初始饱和度越小,裂缝附近的水势变化越大；水势变化范围水胶比为0.43的模型大于0.36的模型；一定范围内裂缝宽度越大,裂缝长度越小,水势变化区域越大；水势变化区相同位置处,裂缝宽度越大,裂缝长度越小,水势越大；一定范围内裂缝深度越大,受影响深度越大,不同裂缝深度对裂缝中水分输运的影响主要体现在裂缝深度方向上。(3)自制智能控压渗透装置系统,进行了水下隧道混凝土裂缝中水分压力渗透试验。提出了“水分渗透轨迹描点绘图法”,得到表征水分在裂缝底端和左右两侧运动的轨迹。试验结果表明：外水压力对隧道非饱和混凝土裂缝中水分输运有促进作用,水胶比大的工况水分渗透深度大,而初始饱和度较小的工况水分渗透深度较大；一定范围内裂缝宽度越大,水分渗透深度越大,而裂缝长度越大,渗透深度越小；各影响因素对水分在裂缝中各方向渗透产生影响的程度不同。(4)将红外检测技术应用到水下隧道混凝土裂缝中水分渗透的室内试验过程,进行了裂缝水压渗透过程的红外特性试验研究。结果表明：冷却水入渗过程中,红外热像呈现高温区域包围低温区域的温度场特征。压力渗透的不同阶段,试块表面温度变化的速度不同;在一定范围内,外水压力越大,裂缝长度中线位置处沿预制孔洞两侧裂缝深度方向温度越低；初始饱和度越小,中线位置处,温差越大；随着裂缝宽度和深度增大,温度降低,温差增大。从红外辐射试块表面温度变化角度映证了水下隧道外侧混凝土裂缝中水分输运规律。
【关键词】：水下隧道 混凝土 裂缝 非饱和 水分 输运
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U455;U459.5
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 1 绪论12-26
• 1.1 研究背景与意义12-18
• 1.1.1 水下隧道的广泛使用12-14
• 1.1.2 现有隧道开裂渗漏情况14-16
• 1.1.3 隧道裂缝的危害16-17
• 1.1.4 研究意义17
• 1.1.5 红外检测技术的优越性17-18
• 1.2 研究现状18-23
• 1.2.1 水分在完好混凝土中输运研究18-19
• 1.2.2 水分在混凝土裂缝中输运研究19-22
• 1.2.3 红外检测技术在混凝土检测中应用研究22-23
• 1.3 主要研究内容23
• 1.4 技术路线23-24
• 1.5 本文的创新点24-26
• 2 水下隧道混凝土裂缝中水分输运机理26-38
• 2.1 引言26
• 2.2 混凝土中水分输运26-29
• 2.2.1 饱和混凝土中水分传输26
• 2.2.2 非饱和混凝土中水分输运26-29
• 2.3 混凝土裂缝中水分输运29-33
• 2.3.1 裂缝理论模型29-31
• 2.3.2 裂缝中水分渗透系数31-33
• 2.4 水下隧道混凝土裂缝中水分输运模型33-37
• 2.5 本章小结37-38
• 3 水下隧道混凝土裂缝中水分输运数值分析38-47
• 3.1 引言38
• 3.2 水下隧道混凝土裂缝中水分输运模型38-40
• 3.2.1 模型参数38
• 3.2.2 几何尺寸38-39
• 3.2.3 网格划分39
• 3.2.4 定解条件39-40
• 3.3 数值模拟结果40-41
• 3.4 参数影响分析41-46
• 3.4.1 外水压力41-42
• 3.4.2 初始饱和度42-43
• 3.4.3 水胶比43-44
• 3.4.4 裂缝几何特性44-46
• 3.5 本章小结46-47
• 4 压力水头下隧道混凝土裂缝中水分渗透试验47-75
• 4.1 引言47-48
• 4.2 压力渗透试验方案48-54
• 4.2.1 试验目的48
• 4.2.2 试验原理48
• 4.2.3 试验工况48-50
• 4.2.4 试验设备50-52
• 4.2.5 试块制备52-54
• 4.3 压力作用下混凝土裂缝中水分渗透试验54-73
• 4.3.1 试验步骤54-56
• 4.3.2 试验结果56-58
• 4.3.3 试验结果分析58-73
• 4.4 本章小结73-75
• 5 水下隧道混凝土裂缝水压渗透过程的红外特性试验研究75-89
• 5.1 试验目的75
• 5.2 试验原理75-76
• 5.2.1 红外线75
• 5.2.2 红外成像检测原理75
• 5.2.3 水下隧道混凝土裂缝水压渗透过程红外检测试验原理75-76
• 5.3 试验工况76-77
• 5.4 试验设备77-79
• 5.5 试块制备79-80
• 5.6 试验步骤80-81
• 5.7 试验结果分析81-87
• 5.7.1 水压渗透过程红外辐射变化特征81-83
• 5.7.2 外水压力影响83-84
• 5.7.3 初始饱和度影响84-85
• 5.7.4 裂缝几何特性影响85-87
• 5.8 本章小结87-89
• 6 结论与展望89-91
• 6.1 结论89-90
• 6.2 展望90-91
• 参考文献91-96
• 作者简历96

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本文编号：1096045