混凝土破裂与渗水过程的红外辐射特征

 对内含水体的混凝土试样进行单轴压缩加载,利用红外热像仪并辅以声发射仪,观测加载过程中试样的红外辐射与声发射变化特征,研究混凝土破裂与渗水的红外异常前兆。实验结果显示,随着应力的阶段性发展,试样表面的红外辐射呈现早期整体性均匀上升、中期局部高温异常、后期低温异常的主要特征,声发射相应出现早期微量增加、中期均匀增加、后期快速增加的特征。加载中、后期红外热像出现的局部辐射温度“先升后降”现象是混凝土破裂–渗水的重要红外异常前兆,其出现的时间要早于应力和声发射前兆。整个破裂与渗水过程中,高温区域包围低温区域的温度场分布是热像的主要特征。基于实验结果,分析试样红外辐射阶段性变化以及破裂、渗水异常前兆的机制,讨论应力、红外及声发射灾变前兆时间差异性的原因。实验结果对水库大坝以及其他储水混凝土工程破裂与渗水的遥感监测与灾变预警具有重要的意义。     

多暗色矿物类岩石单轴加载过程中红外辐射定量研究

对首都圈地区的多暗色矿物类岩石(花岗闪长岩、辉长岩及片麻岩)进行了单轴加载至破裂过程的热红外遥感监测实验,发现:(1) 在加载至应力峰值过程中,岩石平均红外辐射温度与应力呈线性正相关关系;(2) 在加载至应力峰值过程中,岩石平均红外辐射温度与所受机械功呈三次曲线关系;(3) 应力峰后-破裂过程中,岩石沿剪切破裂带辐射温度升高,而在应力松弛或张性区,辐射温度有所降低;(4) 损伤岩石在单轴加载过程中红外辐射温度变化与完整岩石相比总体规律相似,但波动性较大。基于实验分析,建立了岩石应力与红外辐射温度以及机械能与红外辐射温度的定量关系;并对地震遥感及其热红外前兆的物理-力学机制进行了讨论。     

岩石加载过程中红外辐射温度场演化的定量分析方法

为探讨岩石加载过程表面红外辐射温度场演化的定量分析方法,引入分形、熵和统计学理论,提出用特征粗糙度、熵和方差作为指标定量描述岩石加载过程中红外辐射温度场的演化特征,并以含孔岩石试样加载过程热成像观测试验结果为例,对3种指标的定量刻画能力及特点进行对比分析。结果表明:(1)3种指标都能较好地定量刻画岩石加载过程中红外辐射温度场的演化与分异特征,在岩石加载过程中随着应力变化出现阶段性变化特征,在破坏前出现红外异常前兆,且效果均好于以往使用的指标AIRT;(2)3种指标有不同的特点,熵对于试样加载过程红外辐射的阶段性特征刻画较好,随应力增加各个阶段的红外辐射变化分界明显;而特征粗糙度和方差在临近岩石破裂时发生大幅度突然性升高,对于岩石破裂的红外前兆的识别更具优势。研究结果为岩石受力与灾变过程红外辐射的定量分析提供了新的方法。     

隧道渗漏水红外辐射特征模型试验及图像处理

 对室外大型混凝土模型墙体注水模拟隧道衬砌渗漏水,利用红外热像仪观测渗漏水的红外辐射特征,获取红外热图像,研究混凝土渗漏水过程中的红外辐射规律,并编写MATLAB图像处理程序提取混凝土渗漏水红外热图像特征。混凝土一般渗漏水试验结果表明：渗漏水热图像呈现高温区域包围低温区域的温度场特征,渗漏水区域边缘温度梯度较大;混凝土渗漏水过程试验结果表明：渗水流量越大,渗漏水区域和基底混凝土的红外辐射温差越大,水域温度越均匀,水域边缘温度场变化越剧烈;试验结果可以为混凝土工程(如地下建筑、隧道等)渗漏水的检测和预警提供指导。针对渗漏水红外图像特征,利用MATLAB编写的程序能够提取热图像中的渗水面积等信息,为隧道渗漏水车载动态检测软件系统开发奠定基础。     

非连续断层破裂红外辐射与声发射、应力场的对比研究

应用RFPA^2D程序模拟雁列和共线非连通两种非连续断层的应力场和声发射场，并与相同条件下的热红外辐射成像试验进行对比，分析非连续断层的温度场与应力场及声发射场之间的关系。研究结果表明：数值试验的声发射与实际试验中的热红外辐射温度具有类似的时序变化阶段和空间演化特征。通过对热红外图像与应力场的比较以及对裂纹破裂模式的分析，讨论试件各裂纹表现出的红外辐射特征差异，以进一步了解非连续断层的破裂过程和破裂机制。     

微波辐射破乳的试验研究

提出了一种新的破乳方法－－微波辐射法。在微波炉中对含水６０％的乳液进行辐射，结果表明微波辐射有较理想的破乳效果，同时与常规电加热破乳作了对比试验，微波辐射破乳的破乳率高、时间短。通过观测乳液的Ｚｅｔａ电位的变化，阐明了微波破乳除了热效应外，还存在电中和作用机理。     

遥感-岩石力学（V）——岩石粘滑过程中红外辐射的影响因素分析

利用双轴加载实验装置和热红外成像仪器对岩石剪切滑移过程中的红外辐射进行了成像实验。研究表明，摩擦速率、正应力、摩擦面粗糙度、岩石强度与矿物颗粒硬度是影响岩石粘滑过程红外辐射的重要因素：(1)摩擦以等速率进行时，岩石摩擦裂隙表面平均红外辐射温度的时间曲线为直线型，局部最高温度的时间曲线为3次曲线型，而岩石表面平均红外辐射温度与所受机械功线性相关。当所受机械功相等时，摩擦速率越高，温升幅度越小；(2)红外辐射强度与正应力线性相关；(3)摩擦面粗糙度对平均红外辐射温度影响不大，但对局部最高辐射温度影响较大；(4)岩石强度或其矿物颗粒硬度越高，红外辐射温度就越高。     

混凝土天棚辐射供冷的应用探讨

介绍了天棚混凝土辐射供冷的优势；分析了混凝土辐射供给中天棚最大允许换热能力和室内空气参数的关系，天棚辐射换热量的比例，分析了新风险湿对混凝土天棚供冷的影响以及利用冷却塔进行天棚供冷的可行性。得出的结论对工程实际有很好的指导作用。     

遥感－岩石力学（IV）—岩石压剪破裂的热红外辐射规律及其地震前兆意义

完整岩体压剪破裂失稳是构造地震的另一种可能孕震机制。以此为模拟对象，采集中国首都圈地区的5种典型岩石，进行了岩石压剪破裂过程的红外辐射成像实验。研究发现：(1)岩石压剪破裂过程存在热弹和摩擦热两种热-力耦合效应，且压剪作用越强，压剪破裂过程中红外辐射升温现象就越明显。(2)压应变占优势时，岩石压剪破裂存在红外辐射异常破裂前兆。(3)压剪破裂前兆有明显的“时空”特征，即：时间上，当载荷增加到约80％破坏应力时，沿剪切区域的平均红外辐射温度开始出现加速升温前兆，且压剪比越高，出现前兆的时间越早；空间上，破裂前沿剪切区域出现的高温异常条带具有前沿推进即“由一端向另一端迁移、扩展”的特点。本研究结果对地震、岩爆、矿爆、边坡滑移等自然与岩石工程灾害的遥感与预报具有重要的基础意义。     

遥感-岩石力学(I)——非连续组合断层破裂的热红外辐射规律及其构造地震前兆意义

以构造地震孕震机制之一即非连续组合断层破裂发震为模拟对象，利用双轴加载实验系统和红外热像仪，对雁列和同线非连通这两种非连续组合断层在双轴加载破裂失稳过程中的红外辐射特征进行了模拟实验研究。研究表明：双轴加载过程中岩石表面红外辐射温度的变化对应岩石应力变化，具有阶段性规律，包括初始、弹性、应力闭锁、解锁和屈服破裂5个阶段。自弹性阶段开始至解锁阶段，岩石表面的平均红外辐射温度(AIRT)的动态曲线表现为“上升-下降-再上升”的演变特征：而断层雁列区和非连通区在解锁阶段其热像出现高温异常条带，非连通区的高温异常条带还具有“增强-减弱(平静)-再增强”的演变特征。其地震前兆的时空意义为：(1)构造地震活动区卫星遥感AIRT的上升趋势可作为地震中期预警指标；(2)热像局部正异常条带预示未来震源位置；(3)AIRT下降与热像局部热异常条带的减弱(平静)一起，可作为构造地震的短临前兆。     

页岩变形过程中表面红外辐射演化规律探究

为探寻含裂隙岩体变形失稳过程中表面红外辐射演化规律,对沉积类岩石油页岩内部原生孔隙裂隙进行CT扫描定位,以单轴压缩过程中红外监测实验为例证,探究其表面红外辐射温度演化规律,并以表面辐射最高温度、平均温度及变异系数三个统计量为指标进行分析。结果表明:(1)不同于花岗岩、大理岩、砂岩等完整岩石单轴压缩过程中表面温度随应力增加表现为上升现象,含孔隙、裂隙岩石油页岩表面温度随应力增加则表现为下降;但临近试件发生破坏,二者均会产生温度陡然升高的现象;(2)平均温度与最高温度曲线具有共性特征,随载荷增加,二者表现出明显的阶段性,即快速下降阶段-缓慢下降阶段-快速上升阶段,且最高温度曲线临近破坏具有更高的敏感性;(3)变异系数曲线可以较好地反应试件表面辐射温度离散程度,随应力增加,首先表现为快速增长,随后进入相对稳定期,临近破坏时刻再次出现快速增长;稳定期后变异系数曲线的快速增长预示岩石破坏;(4)油页岩变形失稳过程中表面温度下降与其内部气体逸出及孔隙、裂隙坍塌破坏相关。原生裂隙在加载初期表现为温度降低,临近破坏时该区域则转变为升温区。该研究为预测沉积类岩体特别是含有天然裂隙岩体变形失稳过程中表面红外辐射变化规律提供了新的内容。     

钢纤维混凝土隧道的耐久性能研究

大型土木工程结构中,材料的腐蚀对其结构耐久性具有很大的影响,因而正确分析和认识材料腐蚀的原因至关重要。尤其对于地铁隧道这种特殊地下工程的耐久性能更为重要,针对地铁隧道的杂散电流腐蚀问题,对钢纤维混凝土结构进行了杂散电流腐蚀试验,根据钢筋混凝土腐蚀破坏和钢纤维混凝土腐蚀破坏的等效原理,建立了钢纤维混凝土结构在杂散电流腐蚀作用下结构破坏的预测模型。     

隧道衬砌渗漏水红外辐射特征影响因素试验研究

针对隧道渗漏水红外热成像检测问题,总结渗漏水红外辐射特征的影响因素(渗漏温差、流量、位置以及衬砌表面材料等),采用室内混凝土试块注水模拟各工况下隧道衬砌渗漏水,并利用红外热像仪记录分析渗漏水的红外辐射特征,研究不同因素对渗漏水红外辐射特征的影响规律.试验结果表明:渗漏水热图像呈现水流方向温度递减,水流横断面温度呈抛物线...     

微波辐照激发粉煤灰活性的试验研究

粉煤灰经过微波辐照,其活性得到提高。调节微波功率和时间,确定最佳的微波辐照参数。结果表明,采用450 W微波功率辐照10 min,粉煤灰活性提高效果最明显。将微波辐照的粉煤灰与水泥熟料混合,制备大掺量粉煤灰水泥。砂浆强度试验显示,当II级粉煤灰掺量达40%时,3、28 d强度满足32.5级粉煤灰水泥国家标准的强度要求。对微波辐照的粉煤灰进行红外光谱分析,发现在1 100 cm-1附近强吸收区Si-O伸缩振动频率与粉煤灰活性存在对应关系,即Si-O伸缩振动频率越低,其活性越高。     

拐折非连通断层加载失稳的热辐射演化特征

 为研究构造活动及其失稳过程的红外异常特征,选择拐折非连通断层作为模拟对象,利用单轴加载试验系统和红外热像仪,对模型受力及失稳过程的热辐射时空演化特征进行试验研究。结果表明：(1) 随着应力的增高及阶段性变化,热像首先在下部断层出现1个高温异常点,强度逐渐增强,临近失稳前在岩桥端部又出现2个高温异常点,并具有交替出现的特征,最终演化为一热条带,继而断层连通失稳。“三点高温”和“交替演化”的红外辐射异常特征,与断层预滑、岩桥区应力集中及迁移有因果关系;(2) 岩桥区的平均红外辐射温度(AIRT)在断层活动过程中呈现3个阶段的变化特征,表现为低应力阶段的基本不变或变化很小、中间应力阶段的缓慢上升和临失稳阶段的加速上升。AIRT短暂降温之后的加速上升是断层破裂失稳的重要前兆;(3) 断层周围不同区域的AIRT变化特征不同,与不同区域应力性质差异存在密切关系。应力、应变、红外辐射等多参数的对地集成观测是未来构造活动及其灾变分析的关键。     

红外遥感用于大型混凝土工程稳定性监测和失稳预测研究

 在等温过程加载条件下, 实验得到混凝土的红外辐射能量随压力变化而显著变化的结果, 这个变化与温度无关, 完全由压力引起, 不需要经历生热中间物理过程。这一物理现象在国内外未见报道, 为混凝土工程应力测量提出了新原理、新方法和新技术; 为红外遥感测量应力和温度异常用于工程稳定性监测和失稳预测等领域, 提供了实验依据, 奠定了物理基础, 具有广泛的应用价值和前景。     

砖混结构承重墙的带翼矩形框开洞改造

随着使用功能要求的提高,已有的砖混结构经常面临承重墙开洞的改造要求。通过某一实例,介绍了一种增设钢筋混凝土带翼矩形框的改造方法。该方法安全可靠、简便易行,与仅开设矩形框相比,应力集中现象有明显改善,可作为类似工程的参考。