大型渠道混凝土衬砌缺陷GPR无损检测研究

根据南水北调东线穿黄南干渠实验段保温板垫层和砂砾垫层混凝土衬砌施工质量探地雷达（GPR）检测结果及室内模拟实验结果,总结了GPR检测图像典型异常特征,确定了渠道衬砌裂缝、混凝土厚度不均、垫层破坏等缺陷对应的异常图谱。并采用正演模拟计算方式分析了GPR方法对裂缝延展深度、混凝土厚度变化、垫层缺陷程度的反映能力。研究表明隐伏裂缝、超过1cm的混凝土厚度变化、垫层破坏程度都可在GPR剖面上得到有效反映。     

大型混凝土输水管涵浇筑质量GPR检测研究

南水北调东线山东段穿黄河及小清河工程分别采用大型输水混凝土管道和箱涵形式。结构物浇筑质量采用具有无损检测能力的探地雷达方法（GPR）和超声波法进行检测。根据探地雷达（GPR）检测结果,分析了浇筑混凝土结构物中混凝土骨料集中、密实度不均;隐伏裂缝等缺陷及钢筋网分布状态的GPR图像典型异常特征。并基于GPR检测电磁波速和超声波速的对比,讨论了低含水率条件下GPR方法对混凝土强度的检测能力。     

小直径钻芯法在检测薄壁构件强度中的应用

农田水利工程中常用的U型槽厚度一般在50 mm以下,属于薄壁预制构件,现行的钻芯法难以精确检测其混凝土实体强度。文章利用最小二乘法给出了芯径在60 mm以下的薄壁U型槽钻芯芯样与试块强度之间的拟合关系曲线和方程。相关性检验结果显示,拟合公式的相对标准偏差较小,可以用于相关研究。     

混凝土中钢筋不均匀锈胀的数值模拟及锈蚀产物量的预测

基于实际工程中锈蚀钢筋的取样检测分析，提出了钢筋不均匀锈蚀的动态轮廓线模型，通过改变模型中的锈层厚度系数，得到了不同锈蚀程度的钢筋作用于孔洞周围混凝土的锈胀位移，用有限元软件ANSYS8.0模拟了锈胀过程，得到了锈胀裂缝扩展到混凝土表面时的临界锈层厚度系数, 在此基础上推导了胀裂时锈蚀产物量的预测公式。通过试验数据对本文提出的方法进行了验证，结果表明锈胀开裂的数值模拟和胀裂时锈蚀产物量的预测结果与试验结果吻合较好。     

旧有隧道隐伏病害GPR探测异常特征分析及病害程度评价

旧有隧道隐伏病害复杂多样,持续演变会对隧道结构与行车安全造成危害。虽然探地雷达技术(GPR)在隐伏病害调查中已应用广泛,但对GPR异常特征的认识并未统一,相应病害程度评价体系亦未建立。为进一步推动技术发展,归纳总结不同成因旧有隧道病害,建立相应介电模型,正演得到GPR理论图像并与工程实测图像对比,进行异常特征甄别;引入模糊数学的隶属度理论将多个因素进行综合评判,建立旧有隧道病害程度评判体系。研究表明:隧道衬砌裂缝和空洞会因填充介质不同,介电常数差异显著,多表现为同相轴错断或者局部性绕射增强的异常特征;衬砌非密实区和防渗层破坏区会持续发展成水-混凝土-残积物混合群块结构,具有多个反射界面,相应GPR图像波形杂乱,并伴有局部强反射。应用实例显示利用GPR诊测确定潜在病害区域后,在核定与旧有隧道隐伏病害相适宜的评价权重基础上,以建立的评价模型将多因素制约对象进行隶属度综合评判,能够较好地开展旧有隧道安全等级划分。     

非破损综合法在混凝土强度检测中的应用

混凝土强度等级(C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40)试块,经过28 d龄期标准养护,进行回弹、超声、抗压强度检测试验.回归出“回弹-超声“综合法检测混凝土强度公式,通过实际工程验证,回归公式检测精度较高.     

混凝土介电特性与强度的相关性研究

为了探究微波无损检测技术应用于水泥净浆与混凝土抗压强度检测的可能性,分别对水灰比为0.4、0.5、0.6的水泥净浆和混凝土试件进行了介电特性实验和抗压强度试验,探究两者之间的相关性。研究表明:介电常数的实部和虚部都与混凝土的强度和龄期存在一定的相关性。通过回归拟合分析,建立了不同龄期时,介电常数实部、虚部与抗压强度间的相关关系模型。在相同的龄期下,介电常数与抗压强度呈正向线性关系,7 d龄期下的介电常数相关系数实部为0.7962,虚部为0.7903;14 d龄期下的实部为0.8692,虚部为0.8753;28 d龄期下的实部为0.9247,虚部为0.9278,两者之间的相关关系随时间变化越来越好。     

冲击回波法检测混凝土结构厚度与缺陷的试验研究

为了验证冲击回波法检测混凝土结构厚度及内部缺陷的有效性与适用性,根据实际工程中混凝土结构常见的质量缺陷特征,设计制作了一系列含有不同类型和性质缺陷以及无缺陷的混凝土模型试件,并应用冲击回波法对这些模型试件进行检测试验,据此深入研究了冲击回波方法所激发的低频应力波在混凝土介质中传播的基本特性及影响因素,并对冲击回波法检测混凝土厚度和内部缺陷的检测识别方法以及检测适用范围进行了系统的研究。试验结果表明:对于只具备单一检测面的混凝土结构检测,冲击回波法是目前最为有效的无损检测方法,在其适用范围内能够得到较好的检测结果,但是,目前该方法在测试能力上尚存在一定的局限性。     

超声波法在水工混凝土抗压强度检测中的应用

针对峡江水利枢纽工程制作一批不同强度等级的混凝土试块,按照现行规范分别对混凝土试块进行了超声波法无损检测及压力机抗压强度试验,采用3种不同的函数模型将超声声速及抗压强度进行数据回归分析,建立适合峡江水利枢纽工程的混凝土测强曲线,从土建II标施工仓面随机选取7种不同强度等级的试块对三次多项式函数测强曲线进行验证.结果表明:三次多项式函数测强曲线的相关性和准确性较高,进一步验证了超声波法对快速、准确、有效地检测峡江水利枢纽工程中的混凝土实体质量具有重要的现实意义.     

清平水库补水工程堆石混凝土坝质量检测

清平水库补水工程大坝质量检测采用立方体试块抗压法、钻孔取芯法、混凝土大块体直剪法、超声试验法及井下可视电视法等方法,对大坝堆石混凝土进行了力学性能、抗渗性能及密实性检测。结果表明:所检测自密实混凝土抗压强度达到17.4 MPa,芯样抗压强度达到35.2 MPa,摩擦系数为1.051,粘聚力为0.124,抗渗等级为W4;超声试验法及井下可视电视法能有效检测堆石混凝土的密实性能。其结果均满足设计规范要求。     

海绵城市透水沥青道路多层构造测厚方法试验研究

针对现有海绵城市透水沥青路面测厚中开挖式方法效率低、可靠性差,传统地质雷达方法多局限单层测厚、多层测厚精度低等问题,开展了基于高频地质雷达的海绵城市透水沥青路面多层构造高精度测厚方法试验研究。分析了路面各层位的介电常数准确性是影响地质雷达对各层构造测厚精度的主要因素之一,开展了沥青路面的各层位介电常数测定试验,研究了各层位介电常数受含水率变化的影响机理,构建了"含水率-介电常数"变换模型。基于变换模型开展了不同含水率情况下的三段具代表性透水沥青路面实测试验。结合由实测数据处理得到的路面各层位分界面信息和从变换模型获得的各层位介电常数计算出不同层位厚度,与实际钻挖测厚结果相比误差在6.6%以内。结果表明:结合"含水率-介电常数"变换模型,高频地质雷达可对海绵城市透水沥青路面实现多层构造的高精度测厚,进而实施路面质量评价。     

基于双K断裂准则的U形混凝土衬砌渠道冻胀破坏力学模型研究

为探讨U形渠道衬砌的冻胀断裂力学模型,采用有限元软件简化模拟混凝土衬砌板初始裂缝扩展,并结合线弹性断裂力学的双应力强度因子的混凝土双K断裂破坏准则,建立了冻胀力与冻结力共同作用下的U形渠道混凝土衬砌板冻胀断裂力学模型。根据混凝土双K断裂准则与冻胀条件下的混凝土衬砌力学模型,计算了U形渠道各部位混凝土衬砌板在初始裂缝扩展情况下,混凝土衬砌板冻胀断裂破坏的临界厚度。通过实例计算,验证了此双K断裂准则下的混凝土渠道衬砌冻胀力学模型具有一定的实际应用价值,为以后的U形混凝土衬砌渠道抗冻胀设计提供了合理的理论参考。     

基于无人机载雷达技术的黄河冰厚监测试验

河道冰厚是黄河防凌研究的重要指标,目前通过人工钻孔或触冰式探地雷达获取黄河冰厚均要求河流稳定封冻,且工作人员必须在冰面上作业。因此,积极探索更加高效的非接触式冰厚获取方法意义重大。利用无人机搭载探地雷达对黄河什四份子弯道冰厚进行探测,通过现场人工钻孔测量冰厚数据反算雷达波在冰层中的传播速度。结果表明,弯道冰厚分布不均匀,凹岸侧冰厚比凸岸侧大;清沟断面最大冰厚91cm,最小冰厚19cm,靠近水面附近冰厚较小;雷达测量与人工测量结果基本吻合,平均误差不超过2cm。实践证明,无人机载雷达回波图可直观地反映空气-冰、冰-水分界面及冰厚情况,且探测方法具有快速、高效、安全等优点。研究结果对于开发黄河冰厚全新化的监测技术具有重要参考价值。     

鲁布革水电站右岸泄洪洞的破坏与处理

鲁布革水电站右岸泄洪洞由于水库内淤积，施工质量不高，运行不合理以及水力学等原因，运行４年来在高流速，低压力的流态下产生空蚀，使工作弧门门槽前后的钢衬，混凝土和部分焊缝遭到严重破坏。修复时取消了钢衬，采用高标号混凝土衬砌。经过一段时间的泄洪考验，效果较好。     

天然河道浑水流速分布研究

通过对有关学者得出的几个典型的垂线流速分布公式的分析认为:现有的用于天然河道的流速分布公式都存在不同程度的缺陷,且这些公式仅能用来计算不受侧壁影响的二维情况下的垂线流速分布,当用于峡谷河段时计算值与实测值差别较大。实测资料表明,对数或指数型流速分布公式可用于描述宽谷河段的垂线流速分布。由水流阻力公式导得了天然河道垂线平均流速沿横向的分布,引进重线流速分布,即得到断面点流速的分布公式。公式既可以用于清水水流,也可以用于挟有泥沙的浑水水流,含沙量对流速分布的影响主要反映在指数m发生变化这一点上。与实测资料比较发现,公式较好地反映了天然河道流速分布的实际情况。     

围岩特性与衬砌厚度对隧洞衬砌混凝土温度应力的影响

为探明围岩特性与衬砌厚度对衬砌混凝土温度应力的影响,从而制定合理的温控标准,提出了技术可行、经济合理的温控措施,确保了白鹤滩水电站泄洪洞衬砌混凝土具有较高的抗裂安全性。根据白鹤滩水电站泄洪洞衬砌混凝土的结构和材料特性以及边界条件,利用ANSYS对衬砌施工过程中的温度场和应力场进行三维计算。结果表明:衬砌厚度越大,混凝土温度越高,最高温度出现时间越晚;围岩强度越高,衬砌厚度越大,产生的拉应力就越大;而围岩强度越差,衬砌厚度越大,对应的拉应力相对较小。围岩特性与衬砌厚度共同影响着衬砌混凝土温度和温度应力变化趋势,因此,为确保混凝土抗裂安全性,对不同围岩特性的地段应选择不同的衬砌厚度。研究结果可供类似工程参考。     

用气温和冰厚修正黄河冰内雷达波速的物理机理和参数化

黄河平封冰和立封冰中冰晶体间以水膜形式存在有未冻结的自由水和非自由水,其含量随冰温变化。理论上冰内雷达波速取决于冰体自身的晶体结构和组分,但冰内未冻水含量可对其产生明显的影响;冰内未冻水含量取决于冰温,冰温又受控于气温、辐射和冰厚。分析了黄河什四份子2020—2021年冬季气温和雷达探测冰厚数据,发现气温主导的未冻水含量变化是影响雷达准确探测平封冰厚度的首要因子。通过确定黄河冰-水界面热通量,并引入含有气温、辐射、风速、云量的一维冰热力学模型,结合13个钻孔实测冰厚,计算了与雷达探测冰厚时刻一致的1251个热力学模拟冰厚。在此基础上,分别获得了气温升高过程和降低过程中粒状冰、柱状冰内雷达波速受气温影响以及受气温和冰厚联合影响的统计关系。最终确定将气温和冰厚对雷达波速联合影响的统计关系作为平封冰雷达波速动态修正的参数化方案,依此将固定式雷达冰内雷达波速由常数更换为函数,从而提高了平封冰雷达冰厚探测的精度。根据黄河存在非冻结冰花和堆积碎冰块,建议开展不同类型冰厚探测研究。     

高压水工隧洞钢筋混凝土衬砌裂缝开度计算方法评析

针对在复杂工作条件下的高压水工隧洞衬砌裂缝宽度的计算问题,基于国内外现有主要裂缝计算方法理论基础,通过研究内水压力、隧洞半径、衬砌厚度、保护层厚度、围岩抗力、混凝土抗拉强度以及衬砌配筋率等参数对衬砌裂缝开裂特性和扩展规律的影响,结合某抽水蓄能电站高压水工隧洞工程案例,开展各裂缝计算方法的综合评析。结果表明:(1)对高压水工隧洞衬砌而言,衬砌裂缝宽度主要受内水压力、围岩抗力和钢筋应力参数的影响,其中内水压力的影响最为显著;(2)由于裂缝开展规律不同,基于一般混凝土构件建立的裂缝计算方法不适用于高压水工隧洞,并且计算结果明显与实际情况差别较大;(3)弹性地基梁方法对高压水工隧洞衬砌裂缝宽度计算较为合适。