Page 25 - 水利学报2021年第52卷第6期

含水量/（m（水）m（砂浆））
3
3
/
0.19
0.05
（a）X 射线可视化 （b）有限元模拟
图 3 水分分布 ［79］
有限元模型、细观格构网络模型、两相吸水模型等。数值模拟可从宏观/细观角度有针对性地研究裂
缝几何形态对开裂混凝土中水分传输规律的影响。
宏观上，混凝土可视为连续均匀介质。Huang 等 ［77］ 将开裂后的砂浆视为两相吸水模型（裂缝和水
泥砂浆），考虑裂缝和砂浆中水的质量平衡，采用数值方法模拟了含单条裂缝砂浆试件的吸水和润湿
过程。结果表明，开裂砂浆与水接触时，裂缝中立即充满水，水分在裂缝中呈二维传输并继续渗透
到砂浆内部。Luan 等 ［78］ 基于多孔介质传输理论和质量守恒定律建立了带裂缝 ECC（Enginneered Ce⁃
mentitious Composite）两相吸水模型，分析了裂缝密度对混凝土水分传输的影响，发现随着裂缝空间
体积的增大，水从裂缝进入 ECC 基体的速度大大加快，吸水量随着裂缝密度的增加而增大。
Van Belleghem 等 ［79］ 结合达西方程和质量守恒定律考虑非饱和砂浆的毛细吸附作用以及水分的蒸
发过程，并用有限元方法建立了数值模型并求解 3D Richard 方程，得到的数值模拟结果见图 3 所示。
由图 3 可知，在 1 min 时，裂缝已被水完全充满，在吸水后的 40～50 min 之间，水分在两条相邻裂缝
间的砂浆区域开始重叠。
Smyl 等 ［80-81］ 建立了开裂砂浆和混凝土的双渗透和经典等温吸附模型，采用 HYDRUS 3D 有限元分
析平台进行数值求解。数值仿真结果表明，双渗透模型很好地模拟后期阶段的水分传输过程，而经
典等温吸附模型可更好地预测初始阶段的水分传输规律。
刘兆麟 ［82］ 将曲折走向的裂缝等效简化为光滑平直裂缝，建立了带裂缝砂浆数值模型，利用 COM⁃
SOL 商业软件模拟了不同裂缝宽度、长度、条数、方向的水分传输过程，并开展了再生混凝土的水
分传输数值仿真模拟。
以上数值方法从宏观尺度揭示了开裂混凝土的水分传输规律，但未能考虑混凝土微/细观结构对
水分传输的影响。实际上，混凝土是由粗、细骨料和水泥砂浆拌和而成的多相复合材料，由于干燥

k eff/k 0

1.0

图 4 不同裂缝形态参数对水分渗透数值结果的敏感性分析 ［89］
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