水泥基材料渗透溶蚀有限元模拟方法

论文摘要

渗透溶蚀现象在国内外水利工程中大量存在,但对其研究的手段迄今为止还比较单一,为此,探讨采用有限元计算方法研究水泥基材料的渗透溶蚀现象。首先,基于离子在水泥基材料中的水动力弥散与对流作用机理,根据离子质量守恒定律、Fick第二定律、多孔介质渗流数学模型及达西定律建立三维渗透溶蚀过程中钙离子迁移数学模型;然后,结合钙离子迁移数学模型、固液平衡关系、孔隙率演化模型及扩散系数演化模型建立渗透溶蚀数学模型,并给出该模型的有限元计算方法;最后,通过对高水力梯度下的渗透溶蚀试验开展数值模拟,检验渗透溶蚀模型的正确性。计算结果与试验数据基本吻合,表明该方法能够用于模拟水泥基材料的渗透溶蚀过程。所做的研究工作为下一步水利工程中的渗透溶蚀模拟研究奠定了基础,对水利工程的结构安全性研究具有重要意义。

论文目录

• 1 研究背景
• 2 渗透溶蚀数学模型
•   2.1 钙离子迁移数学模型
•     2.1.1 钙离子迁移控制方程组
•     2.1.2 控制方程组求解条件
•       2.1.2.1 初始条件
•       2.1.2.2 钙离子迁移控制方程边界条件
•     （1） 定通量边界条件为
•     （2） 离子交换边界条件[18-19]为
•     （3） 溢出面边界条件为
•       2.1.2.3 渗流控制方程边界条件
•     （1） 定水头边界条件为
•     （2） 定通量边界条件为
•     （3） 自由面边界条件为
•     （4） 溢出面边界条件为
•   2.2 固液平衡关系
•   2.3 孔隙率演化模型
•     2.3.1 初始孔隙率计算
•     2.3.2 孔隙率演化
•   2.4 扩散系数演化模型
• 3 有限元计算
•   3.1 空间离散
•   3.2 时间离散
•   3.3 特殊处理
•     3.3.1 迭代格式处理
•     3.3.2 协调质量矩阵处理
• 4 算 例
•   4.1 扩散系数模型的确定
•     4.1.1 水泥净浆扩散系数模型
•     4.1.2 孔隙曲折度计算模型
•   4.2 渗透溶蚀模拟
• 5 结 论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 贾攀,佘成学

关键词: 水泥基材料,渗透溶蚀,有限元模拟,钙离子迁移,水动力弥散

来源: 长江科学院院报 2019年05期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅱ辑

专业: 水利水电工程

单位: 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室

分类号: TV43

页码: 108-115

总页数: 8

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