西藏高海拔地区水工建筑物的抗冻设计

由中水北方勘测设计有限责任公司承担设计任务的西藏阿里地区的欧果、扎西岗、门士等水电站均位于海拔4000米以上，多年平均气温0．2℃，最高月平均气温13．5℃，最低月平均气温-13．5℃。极端最高气温27．6℃，极端最低气温-36．6℃。由于西藏高海拔地区独特的自然气候条件，水工建筑物的冻融现象较为普遍，因此在工程设计中要重点分析产生冻融的原因，并采取相应的抗冻设计，避免建筑物出现冻融破坏。     

混凝土的冻害及其机理

混凝土的冻害是影响混凝土结构耐久性的重要因素,为了保证一些重大工程的耐久性, 混凝土的抗冻性已经越来越引起人们的重视。从混凝土的早期冻害及机理入手,得出了硬化初期混凝土的抵抗冻害与水泥石微观结构形成有密切关系。混凝土硬化后的冻害机理目前主要有静水压学说和渗透压学说,由于不能直接测定或进行准确计算,所以还没有定论,但它们可以成功地解释混凝土冻融过程中的很多现象。最后,本文分析了混凝土抗冻性的主要影响因素及相应的抗冻措施。     

某小区砖混楼外墙面冻害分析及补救措施

张家口市某小区砖混楼外墙面出现空鼓剥落现象,经过现场技术分析,认为是墙面长期反复冻融造成,于是采取相应修补措施,并对预防冻害的发生提出了看法和建议.     

隧道冻害等级的划分

为了给隧道冻害防治提供基本依据,通过分析隧道冻害发生的条件,选取气候和地下水条件作为等级划分的主要因素.在划分气候的寒冷程度和地下水危害程度的基础上,采用综合评判的方法,对隧道冻害等级进行划分.结果表明,气候和地下水条件是影响隧道冻害程度的最主要因素;气候条件选取最冷月平均气温和冻结深度2个控制指标,将隧道所处地区的寒冷程度划分为5级;地下水条件选取赋存与补给形式和渗入隧道情况2个指标,将地下水的危害程度划分为5级;综合考虑气候和地下水条件对隧道冻害程度的影响,将隧道冻害等级划分为5级;全多年冻土隧道的气候条件虽然更加恶劣,但是隧道处于含冰围岩中,常年处于冻结状态,冻害现象并不严重,只是在隧道开挖过程中人为影响或暖季促使围岩融化,冻害等级可划分为Ⅱ级.     

G045线赛里木湖隧道冻害预测分析

随着西部山区高等级公路的大量建设,高纬度、高海拔冻土隧道越来越多。在此条件下修建隧道,常因冻害,损坏隧道结构、威胁行车安全,成为冻土隧道工程技术的"瓶颈"。针对国道G045线新疆赛里木湖隧道的建设条件,建立了隧道施工典型条件下的温度场有限元模型和岩体冻胀力计算模型,采用ANSYS软件,对不同条件下隧道的温度场和冻胀力进行了计算,进而对隧道的冻害进行了分析、预测,在此基础上提出了隧道冻害防治的建议,可供冻土隧道设计参考。     

多年冻土边坡稳定性影响因素敏感性分析

为确定多年冻土边坡稳定性影响因素的敏感程度,考虑冻融循环对边坡土体的损伤作用和边坡局部冻融的特殊性,在影响边坡稳定性基本因素的基础上,引入季节活动层冻融深度和冻融损伤系数,提出基于有限元的温度场-应力场(热-力)耦合多年冻土边坡稳定性分析方法,从而得到边坡的稳定性系数,并将稳定性系数作为系统特征量,利用正交试验对各影响因素进行交互设计,运用改进的灰色关联分析模型进行关联度分析。结果表明:土体黏聚力对多年冻土边坡稳定敏感程度最大;冻融损伤系数、季节活动层冻融深度、内摩擦角、坡度和密度,说明环境因素对多年冻土边坡的影响不容忽略。在该地区冻土边坡防护治理中,通过有效措施减少极端气候条件的影响,是极为重要的。     

冻融损伤喷射混凝土永久支护结构碳化耐久性分析

高纬度、高海拔地区长大公路隧道的喷射混凝土永久支护结构常年遭受冻融损伤及碳化双重作用,其结构耐久性能退化,增大了隧道的养护及运营成本。采用先气冻气融后快速碳化的方式,开展冻融损伤喷射混凝土永久支护结构碳化耐久性试验研究,以冻融损伤喷射混凝土碳化深度和相对抗压强度为指标,研究冻融损伤喷射混凝土碳化深度的变化规律及影响因素。结果表明,冻融损伤加速了喷射混凝土的碳化过程,且碳化速度随冻融损伤度快速增大。碳化的冻融损伤混凝土相对抗压强度随着碳化深度增大。冻融损伤度大于10%时,碳化对冻融损伤喷射混凝土相对抗压强度增长不明显。采用IBM SPSS统计软件对试验数据分析,建立了考虑冻融损伤、喷射混凝土配合比参数及成型方式的喷射混凝土碳化深度预测模型。经验证,预测值与试验值总体误差小于20%,标准误差为0.16,模型适用性较好。     

寒区隧道保温层设置及保温效果数值模拟分析

在寒冷地区,保温层对隧道防冻抗冻起着至关重要的作用。为研究适合高海拔寒区隧道保温层的设计结构,通过有限元数值模拟软件建立了含相变的二维温度场计算模型,对青海省多隆隧道保温层铺设方式、设计厚度、导热系数以及不同保温材料的最优选取进行研究。结果表明：(1)对于拱脚和仰拱,双层铺设和夹层铺设的保温效果优于表层铺设,对于拱顶,3种铺设方法均可有效避免冻结冻害。(2)年平均温度大于0℃时,保温层的厚度宜选取5～9 cm;年平均温度小于0℃时,最佳保温层厚度为13 cm。(3)多隆隧道在运营十年内,保温层厚度为5 cm,保温层的导热系数取值为0.03 W/(m·℃)及以下可以避免衬砌产生冻害。(4)通过对铺设保温层和不铺设保温层的隧道洞壁表面温度进行对比分析,以及对不同保温材料的保温效果进行定量分析,发现保温效果最好的是硬质聚氨酯保温板,聚酚醛泡沫塑料次之,最差的为泡沫玻璃。     

高寒隧道冻胀施工防治措施研究

针对高寒地区修建隧道面临的冻害问题,初步探讨了高寒地区隧道冻胀害产生的机理及冻胀作用对隧道衬砌结构产生影响的规律,从衬砌保温、围岩保温、排水系统保温三方面探讨了隧道施工冻害防治的技术措施,可为今后类似工程的设计与施工提供参考与借鉴。     

隧道衬砌换热器地源热泵长期性能数值分析

为研究亚热带地区山岭隧道衬砌换热器地源热泵系统的长期性能,建立制冷模式下隧道衬砌换热器与热泵耦合的瞬态传热三维数值模型,并通过现场热响应试验进行验证.以中国深圳市某隧道工程为依托,计算分析隧道衬砌换热器地源热泵系统持续运行10 a的换热性能.计算结果表明:运行第10年的热交换管最高进、出口温度分别为36.96℃和33.46℃,满足热泵正常工作的温度范围,比第1年都仅提升了0.06℃;运行第10年的地源热泵最低能效比为4.76,满足地源热泵能效比的要求,且相较于第1年,最低能效比仅下降了0.01;系统运行10 a后,隧道围岩温度场的影响深度约为8 m.在山岭隧道洞内通风作用下,隧道衬砌换热器周围的围岩地温场可实现自恢复,山岭隧道衬砌换热器地源热泵系统用于亚热带地区建筑制冷是可行的.     

冻融循环作用下倾倒式危岩体稳定性劣化模型

为了探究冻融作用对倾倒式危岩体稳定的作用机理及长期劣化规律,基于极限平衡理论,考虑结构面冻胀力、未贯通段抗拉强度劣化及冻结深度演化对倾覆点力矩的影响,构建倾倒式危岩体稳定性分析方法.基于岩石冻胀理论,考虑岩石碎屑流失、微裂隙倾角、温度等参数对孔隙半径冻胀破坏的影响,建立岩石抗拉强度劣化模型并验证其合理性.利用裂隙分布不均性修正Stephan冻结深度经验公式,得到冻融循环作用下岩石冻结深度计算方法.结合工程算例,讨论不同敏感参数对倾倒式危岩体稳定性的影响.结果表明：初始抗拉强度越低、孔隙率越大,危岩体稳定性劣化效果越显著;当环境温度高于263.15 K (-10℃)时,危岩体稳定性对温度的变化敏感,危岩体保温措施的效果显著;当碎屑流失比超过0.8时,冻融循环作用对危岩体的劣化速率明显加快,倾倒式危岩体的长期冻融劣化效应明显,控制冻胀破坏产生的碎屑流失有利于寒区危岩体保持长期稳定.     

冻融循环作用下危岩体滑移破坏数值优化分析

冻融循环作用是寒区危岩体崩塌失稳的主要诱因,对寒区危岩体滑移破坏的孕灾因素进行数值优化分析尤为重要。首先,基于极限平衡理论,考虑危岩体贯通段结构面冻胀力、未贯通段岩石黏聚力劣化及冻结深度演化,建立冻融循环作用下滑移式危岩体稳定性分析模型;其次,基于岩石冻胀理论,考虑冻结过程中水分迁移推导得到贯通段冻胀力计算方法;再次,将岩石细观孔隙抽象为无数圆形孔洞,根据圆孔扩张理论和莫尔-库伦屈服准则分析孔隙冻胀破坏过程,构建冻融循环作用下未贯通段岩石黏聚力细观劣化模型;最后,通过改进Stephan经验公式得到未贯通段岩石冻结深度随冻融循环次数演化的计算方法。结合工程算例分析各敏感参数对危岩体稳定性的影响发现：滑移式危岩体稳定性随冻融循环次数的增加呈先快后缓的下降趋势;危岩体稳定性系数与冻结温度呈正相关,相同冻结温度下,危岩体稳定性系数的下降随冻融循环次数增加出现明显的边际递减效应;危岩体稳定性与岩屑流失比呈负相关,且岩屑流失比会同时改变稳定性劣化趋势和劣化程度,控制岩屑流失比有利于寒区危岩体的长期稳定性。     

水泥基材料超低温冻融循环试验研究

利用液氮作为环境介质进行超低温冻融循环试验,研究了超低温对水泥基材料抗冻性能的影响。观测冻融循环前后试件外观、质量和强度等宏观性能变化,采用扫描电子显微镜（SEM）分析水泥基材料冻融循环前后微观结构变化。试验结果表明：在超低温条件下,混凝土的抗冻性能明显强于砂浆,且随混凝土强度提高其抗冻性能呈增长趋势;SEM分析结果表明超低温冻融循环后泡水融化试件结构内存在明显缺陷;超低温冻融循环试验可以加速水泥基材料破坏进程,明显减少试验周期,能相对较快的评价出水泥基材料的抗冻性能。     

Durability of lining concrete of subsea tunnel under combined action of freeze-thaw cycle and carbonation

Through the fast freeze-thaw cycle test,accelerated carbonation test,and natural carbonation test,the durability performance of lining concrete under combined action of freeze-thaw cycle and carbonation were studied.The experimental results indicate that freeze-thaw cycle apparently accelerates the process of concrete carbonation and carbonation deteriorates the freeze resistance of concrete.Under the combined action of freeze-thaw cycle and carbonation,the durability of lining concrete decreases.The carbonation depth of lining concrete at tunnel openings under freeze-thaw cycles and tunnel condition was predicted.For the high performance concrete with proposed mix ratio,the lining concrete tends to be unsafe because predicted carbonation depth exceeds the thickness of reinforced concrete protective coating.Adopting other measurements simultaneously to improve the durability of lining concrete at the tunnel openings is essential.     

基于颗粒流的富水岩石冻融后拉伸力学行为研究

为了研究岩石冻融作用下的拉伸力学行为,提出基于孔隙水颗粒和颗粒膨胀的方法模拟岩石孔隙水低温相变膨胀过程,推导得到了孔隙水颗粒体积与温度和未冻水含量的关系方程.然后,采用提出的新方法开展了富水岩石冻融循环和冻融后巴西劈裂数值计算,通过与室内试验结果对比验证了提出的岩石冻融颗粒流方法的可行性和可靠性.计算结果表明:冻融循环...     

混凝土冻融损伤厚度的超声波检测

为分析混凝土结构的冻融损伤厚度,采用快冻法进行引气混凝土试验梁在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的盐冻试验.基于超声脉冲检测方法,依据波速在不同物质中的传播速度差异,对冻融300次后的混凝土试块进行超声检测,得到混凝土冻融损伤厚度.结果表明,该配合比对应的混凝土试块在冻融循环300次后冻融厚度约为30 mm,未超过混凝土结构的钢筋保护层厚度.     

Experimental investigation and prediction model for UCS loss of unsaturated sandstones under freeze-thaw actionOA

Sandstone is widely distributed in cold regions and the freeze-thaw deterioration of them has caused many geological engineering disasters. As an important and direct index of frost resistance, the strength loss of sandstones under freeze-thaw actions should be investigated to provide a guidance for the stability assessment of geological engineering. In this research, the UCS(Uniaxial compressive strength) loss of six typical sandstones with different water contents after 0, 20, 40 and 60 freeze...     

盐冻环境下钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究

试验研究了盐冻环境下钢筋混凝土梁抗弯性能的退化规律,分析比较了完好梁和经历25、50、75及100次盐冻融循环作用梁的承载力和变形性能.结果表明：受冻梁截面混凝土应变仍满足平截面假定,受力特征与完好梁相似;影响盐冻融环境下梁承载力的主要因素是受压区混凝土保护层的剥落,其次是混凝土强度的降低,而钢筋与混凝土粘结性能退化的影响并不显著;混凝土强度降低、保护层损伤及粘结性能退化均是冻融环境下混凝土梁变形增大的重要因素,梁刚度的降低程度除与冻融次数相关外,还受冻融损伤位置和持荷水平影响.     

基于GM(1,1)的应力损伤轻骨料混凝土抗冻性评估

为在特定灾变程度下,对轻骨料混凝土抗冻融性能进行精确定量描述及预测,通过反复加载对轻骨料混凝土预加初始应力损伤来模拟灾变,以相对动弹性模量为评价指标,研究初始损伤度分别为0、0.05、0.12、0.19、0.27的轻骨料混凝土抗冻融性能;将灰色系统理论引入混凝土抗冻耐久性研究中,利用相对动弹性模量实测数据建立基于GM(...