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盐冻侵蚀作用下纤维混凝土微观结构研究

混凝土 2024年

作者：夏进喜聂俊坤陈连映马文涛徐存东韩文浩宁夏太阳山水务有限责任公司华北水利水电大学浙江省农村水利水电资源配置与调控关键技术重点实验室

针对我国宁夏中部寒旱地区混凝土结构常年处于盐-冻耦合侵蚀环境下从而导致耐久性遭到损伤的问题，本文以聚丙烯纤维混凝土（PPFRC）为研究对象，选取五种掺量下的纤维混凝土进行室内快速冻融试验，并结合核磁共振试验与电镜扫描（SEM... 详细信息

针对我国宁夏中部寒旱地区混凝土结构常年处于盐-冻耦合侵蚀环境下从而导致耐久性遭到损伤的问题，本文以聚丙烯纤维混凝土（PPFRC）为研究对象，选取五种掺量下的纤维混凝土进行室内快速冻融试验，并结合核磁共振试验与电镜扫描（SEM）试验进一步从微观角度探究PPF对混凝土抗盐-冻性能提升的变化规律。研究表明：PPFRC与普通混凝土（PC）相比其内部孔径尺寸与数量均有所下降，孔隙内流体含量降低；盐冻侵蚀后的试块与清水冻融相比其孔隙分布随冻融次数的增加呈现更为密集的变化趋势，切在PPFRC达到1.2%时孔隙率达到最小；结合SEM图像分析，盐冻条件下试件的表面平整性较差，具有一定的盐类结晶分布在表面且内部孔隙与微裂缝较多，但密实性与PC相比更优。从微观角度证明，聚乙丙烯纤维在一定范围内的增加可以有效地提高混凝土结构的耐久性与抗盐-冻性能。

关键词：聚丙烯纤维混凝土核磁共振试验电镜扫描试验微观结构特征

基于GWO-BPNN早期带伤混凝土冻后力学性能影响研究

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水电能源科学 2024年第9期42卷 93-97页

作者：徐存东曹骏陈家豪田俊姣韩文浩汪志航华北水利水电大学水利学院河南郑州450046 浙江省农村水利水电资源配置与调控关键技术重点实验室浙江杭州310018

为探究西北寒旱区水工混凝土结构早期受冻损伤后力学性能衰退的损伤规律和影响因素,设计混凝土早期受冻及冻融循环的室内加速试验,通过对混凝土试样进行冻融循环,探究温度为-10℃,起冻时刻为3.5 h的混凝土结构冻融损伤的劣化规律,研究... 详细信息

为探究西北寒旱区水工混凝土结构早期受冻损伤后力学性能衰退的损伤规律和影响因素,设计混凝土早期受冻及冻融循环的室内加速试验,通过对混凝土试样进行冻融循环,探究温度为-10℃,起冻时刻为3.5 h的混凝土结构冻融损伤的劣化规律,研究水胶比、粉煤灰和引气剂对早期带伤混凝土冻后力学性能的影响。构建灰狼优化算法改进的反向传播神经网络(GWO-BPNN)对早期带伤混凝土的力学性能及抗冻性能进行模拟预测,并对各影响因素进行敏感性分析。结果表明,低水胶比混凝土的抗冻效果明显更优,引气剂可提升早期抗冻性能,最佳掺量为0.01%,粉煤灰在冻融循环后期对混凝土抗冻性有明显的提高,其最佳替代量为20%;GWO-BPNN模型的四个回归评估指标均优于传统神经网络模型,能够更准确地预测早期带伤混凝土的力学性能,影响早期带伤混凝土耐久性的最大变量为水胶比,最小变量为引气剂。

关键词：灰狼优化算法神经网络早期带伤混凝土抗压强度影响因子分析

基于水文-水力-生境分析的河道基本生态流量计算方法

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水资源保护 2024年第1期40卷 142-148,156页

作者：黄冬菁李一平崔广柏段永刚姚嘉良浙江水利水电学院水利与环境工程学院浙江杭州310018 浙江省农村水利水电资源配置与调控关键技术重点实验室浙江杭州310018 河海大学环境学院江苏南京210098 河海大学水文水资源学院江苏南京210098

针对现有河道基本生态流量计算方法无法兼顾结果准确和流程简约的问题,提出了一种综合水文频率、水力条件及生境需求的基本生态流量计算方法。选取流域控制断面进行径流还原,根据河道天然来水特性和水生生物需水特性划分水期,进行分期... 详细信息

针对现有河道基本生态流量计算方法无法兼顾结果准确和流程简约的问题,提出了一种综合水文频率、水力条件及生境需求的基本生态流量计算方法。选取流域控制断面进行径流还原,根据河道天然来水特性和水生生物需水特性划分水期,进行分期水文排频;利用水力学方法计算断面流量与平均水深和平均流速之间的关系;根据生态水深和生态流速等生境指标需求,综合分析得到不同水期下的河道基本生态流量。将该方法应用于浙江始丰溪流域基本生态流量计算,并将计算结果与Tennant法结果进行对比分析,结果表明:沙段水文站控制断面产卵育幼期的基本生态流量为16.0 m^(3)/s,一般用水期的基本生态流量为4.4 m^(3)/s,计算结果落在Tennant法的计算区间值中;本文提出的方法计算结果合理,可针对不同水期给出更为精准的基本生态流量。

关键词：生态流量控制断面水文频率水力计算生境需求始丰溪流域

圆端形墩台尾迹水动力特性开缝控制三维数值分析

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水利学报 2024年第6期55卷 675-685页

作者：李东风白福青方志浩张红武胡建永浙江省农村水利水电资源配置与调控关键技术重点实验室浙江水利水电学院浙江杭州310018 浙江海洋大学船舶与海运学院浙江舟山316022 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084 浙江海洋大学海洋工程与装备学院浙江舟山316022

水流绕流水闸闸墩、导流墩等水工建筑物后产生旋涡分离流,其三维尾迹结构水动力特性复杂,对旋涡分离流进行流动控制,不仅是闸墩优化设计的需要,而且关系到工程运行的效率和工程安全。在验证三维水动力数学模型的基础上,对圆端形墩台开... 详细信息

水流绕流水闸闸墩、导流墩等水工建筑物后产生旋涡分离流,其三维尾迹结构水动力特性复杂,对旋涡分离流进行流动控制,不仅是闸墩优化设计的需要,而且关系到工程运行的效率和工程安全。在验证三维水动力数学模型的基础上,对圆端形墩台开缝后的旋涡分离流和流动控制的三维水动力特性进行了研究,对比了无缝与开缝墩台方案下纵向、横向和竖向方向的时均流速分布,紊流动能以及紊流强度分布等水力学指标,探究了开缝墩台水动力特性。分析表明,墩台开缝后可以明显改善墩台后方的水流结构,开缝位置越靠近水深的中部位置,对墩后尾流旋涡的抑制越大,对绕流墩台绕流的控制越来越好,水深中部位置开缝最大程度的影响了开缝墩后的上部水流和下部水流,使得开缝对时均流速的影响最大,开缝对旋涡的抑制也最大最佳。为抑制墩后的旋涡对工程的不利影响,工程的设计中应首先确定墩台后的水深,开缝位置应尽量设置在墩台后水深的中部位置。

关键词：圆端形墩台开缝流动控制紊流动能旋涡分离流三维数值模拟

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早期受盐-冻耦合作用下掺玄武岩纤维混凝土耐久性劣化规律

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硅酸盐通报 2024年第3期43卷 816-824页

作者：徐存东李博飞李准王海若曹骏徐慧华北水利水电大学水利学院郑州450046 浙江省农村水利水电资源配置与调控关键技术重点试验室杭州310018 河南省水工结构安全工程技术研究中心郑州450046

针对西北寒旱区早期受冻混凝土在盐-冻耦合作用下耐久性快速降低等问题,本文基于室内快速冻融试验,以3.5%(质量分数,下同)NaCl+5.0%Na_(2)SO_(4)复合盐溶液为冻融介质,研究了不同玄武岩纤维体积掺量下混凝土的耐久性劣化规律,同时采用... 详细信息

针对西北寒旱区早期受冻混凝土在盐-冻耦合作用下耐久性快速降低等问题,本文基于室内快速冻融试验,以3.5%(质量分数,下同)NaCl+5.0%Na_(2)SO_(4)复合盐溶液为冻融介质,研究了不同玄武岩纤维体积掺量下混凝土的耐久性劣化规律,同时采用扫描电子显微镜、超声法缺陷检测和核磁共振孔径检测三种分析手段探究了玄武岩纤维在微观层面上对早期受盐-冻耦合作用下混凝土宏观性能的改善作用。研究结果表明:在早期受冻混凝土中掺加玄武岩纤维能够有效提高抗压强度,减小质量损失;随着纤维掺量的增加,抗压强度、相对动弹性模量呈先增加后降低的趋势;随着冻融循环次数的增加,不同体积掺量玄武岩纤维早期受冻混凝土试块的超声脉冲传播速度逐渐增大,各组试块的总孔隙率与冻融次数呈正相关,且掺加玄武岩纤维能增加无害孔,减少多害孔,从而提高混凝土抗冻耐久性;试验中纤维掺量为0.15%(体积分数)的试块表现最优越。该研究可为寒旱灌区早期受冻混凝土耐久性研究及后期维护提供参考。

关键词：早期受冻冻融循环掺玄武岩纤维混凝土纤维掺量耐久性孔隙率

一种新型双曲弧面海堤护坡结构防潮消能效果的数值模拟研究

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水电能源科学 2024年第8期42卷 187-191页

作者：秦鹏李杰成徐欣悦周晔凯陈锴锋罗清清陶杰晖浙江水利水电学院水利与环境工程学院浙江杭州310018 浙江省农村水利水电资源配置与调控关键技术重点实验室浙江杭州310018 河海大学水利水电学院江苏南京210098

发展新型护坡结构对提高海堤工程结构强度,降低失事风险具有重要意义。为得到一种新型海堤护坡结构的更加准确的试验数据,基于Flow-3D软件对双曲弧面海堤护坡结构进行水动力数值模拟试验,并从消能防潮效果和压强分布特征等角度与传统海... 详细信息

发展新型护坡结构对提高海堤工程结构强度,降低失事风险具有重要意义。为得到一种新型海堤护坡结构的更加准确的试验数据,基于Flow-3D软件对双曲弧面海堤护坡结构进行水动力数值模拟试验,并从消能防潮效果和压强分布特征等角度与传统海堤护坡结构进行对比分析。计算结果进一步验证了新型海堤护坡结构的导流消能效果,证明其能在中、高流速涌浪冲击下有效提高越浪高度,形成较好的潮涌景观效果,同时还明晰了新型双曲海堤护坡的结构安全薄弱区域。研究成果为复杂水流条件下新型海堤护坡结构的应用及推广提供了理论及数据支撑。

关键词：双曲弧面海堤护坡防潮消能 Flow-3D 数值模拟

一种新型双曲弧面海堤护坡结构的防浪消能效果

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长江科学院院报 2024年第4期41卷 89-94页

作者：周晔凯秦鹏李杰成匡义田蕾吴仕琪徐欣悦浙江省农村水利水电资源配置与调控关键技术重点实验室杭州310018 浙江水利水电学院水利与环境工程学院杭州310018 杭州市富阳区水利水电工程质量安全服务保障中心杭州311400

研发新型海堤护坡结构对守护人民生命安全、提高海堤工程稳定性具有重要意义。针对钱塘江河口潮流强劲,而传统海堤护面光滑,难以对强大冲击浪进行有效缓冲的工程问题,设计研发了一种具有双曲弧面结构的海堤护坡结构,采用室内水力试验和... 详细信息

研发新型海堤护坡结构对守护人民生命安全、提高海堤工程稳定性具有重要意义。针对钱塘江河口潮流强劲,而传统海堤护面光滑,难以对强大冲击浪进行有效缓冲的工程问题,设计研发了一种具有双曲弧面结构的海堤护坡结构,采用室内水力试验和数值模拟等手段对其防浪效果、压强分布特征进行分析。研究结果表明,新型海堤护面结构通过有效引导、改变冲击浪的流向及流态,既能起到较好的消能作用,又能增强钱塘江大潮的观景效果,为复杂水流条件下海堤护坡结构设计提供了新的工程思路。

关键词：双曲弧面海堤护坡室内水力试验数值模拟消能防浪

盐-冻侵蚀环境下聚丙烯纤维混凝土的寿命预测

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硅酸盐通报 2024年第6期43卷 2111-2120,2129页

作者：徐存东汪志航陈家豪李准王海若徐慧华北水利水电大学水利学院郑州450046 浙江省农村水利水电资源配置与调控关键技术重点实验室杭州310018 河南省水工结构安全工程技术研究中心郑州450046

针对我国西北地区混凝土结构在盐-冻侵蚀下耐久性降低的问题,本研究选取不同聚丙烯纤维掺量(0、0.6、0.9、1.2、1.5 kg·m^(-3))的混凝土试件,将其分别放入清水、3%NaCl、5%Na_(2)SO_(4)溶液中进行冻融循环试验,分析试件质量损失率、动... 详细信息

针对我国西北地区混凝土结构在盐-冻侵蚀下耐久性降低的问题,本研究选取不同聚丙烯纤维掺量(0、0.6、0.9、1.2、1.5 kg·m^(-3))的混凝土试件,将其分别放入清水、3%NaCl、5%Na_(2)SO_(4)溶液中进行冻融循环试验,分析试件质量损失率、动弹性模量和抗压强度的变化规律,并基于Weibull理论和灰色预测理论分别建立标准模型,对聚丙烯纤维混凝土结构的最大服役年限进行预测,同时结合SEM分析聚丙烯纤维对混凝土的作用机理。结果表明:清水冻融工况对混凝土造成的损伤要低于盐冻侵蚀,其中氯盐对混凝土的力学性能侵蚀破坏最为严重;聚丙烯纤维的渗入可以有效减缓冻融侵蚀作用下混凝土力学性能的衰减速率,削弱因外界侵蚀对抗压强度等带来的影响。当纤维掺量达到1.2 kg·m^(-3)时效果最优,灰色预测模型和Weibull两种模型的寿命预测结果大致相似,其中灰色预测模型只能根据现阶段所含有的数据进行大范围的推断,而Weibull模型预测结果较为精确。该结果可为混凝土的力学性能研究和选择较佳的模型预测混凝土服役寿命提供一定的理论指导和依据。

关键词：混凝土聚丙烯纤维 Weibull模型灰色预测模型耐久性寿命预测

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盐冻条件下纤维混凝土耐久性及强度预测

水利水运工程学报 2024年第1期2024卷 94-103页

作者：徐存东陈家豪李准连海东华北水利水电大学水利学院河南郑州450046 浙江省农村水利水电资源配置与调控关键技术重点实验室浙江杭州310018 河南省水工结构安全工程技术研究中心河南郑州450046

为探明玄武岩纤维细石混凝土在盐冻条件下的耐久性,准确预测混凝土在非线性特征及外界多因素影响下的强度变化,以甘肃景电灌区盐碱地的水工建筑物群及其服役环境条件为验证原型,通过开展室内材料试验,改变冻融介质(清水、3%NaCl溶液、5%... 详细信息

为探明玄武岩纤维细石混凝土在盐冻条件下的耐久性,准确预测混凝土在非线性特征及外界多因素影响下的强度变化,以甘肃景电灌区盐碱地的水工建筑物群及其服役环境条件为验证原型,通过开展室内材料试验,改变冻融介质(清水、3%NaCl溶液、5%Na2SO4溶液)及玄武岩纤维体积掺量(0、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%),初步探究玄武岩纤维细石混凝土在不同盐冻环境下的单轴抗压强度变化规律。基于室内试验结果,通过构建天牛须搜索算法(BAS)与BPNN结合的BAS-BP模型,预测了盐冻条件变化下玄武岩纤维细石混凝土的抗压强度;为验证BAS算法的准确性,同时构建经两个智能算法改进的BPNN模型,对不同模型计算得出的性能指标进行分析及误差对比。试验结果表明:适量的玄武岩纤维掺入可以提高细石混凝土的抗盐冻性能,纤维体积掺量为0.15%时,细石混凝土的各方面性能最优;NaCl溶液中的试件比Na2SO4溶液的冻融损伤更严重。模型预测误差对比表明,BAS-BP模型具有较好的准确性和稳定性。

关键词：细石混凝土玄武岩纤维抗压强度神经网络天牛须搜索算法(BAS)