[发明专利]腐蚀环境中地下工程结构服役状态仿真与寿命预测方法

说明书

本发明公开了一种腐蚀环境中地下工程结构服役状态仿真与寿命预测方法，包括：针对待仿真的地下工程结构，基于系统动力学方法，构建工程结构服役状态预测系统动力学模型；其中，该模型包括地质环境子系统、混凝土服役子系统、钢筋服役子系统和结构可靠度子系统；基于构建的模型动态模拟腐蚀环境中地下工程结构的服役状态，得出预设指标随时间的变化趋势，以预测出腐蚀环境中地下工程结构的服役寿命，以及腐蚀环境中地下工程结构的可靠度。本发明可以宏观的预测工程结构的服役过程，得出各指标随时间的变化趋势，为结构防护措施提供依据，以期为制定服役动态管理提供理论参考和借鉴。

技术领域

本发明涉及地下工程结构服役状态仿真技术领域，特别涉及一种腐蚀环境中地下工程结构服役状态仿真与寿命预测方法。

背景技术

为保证矿山开采的可持续性，对于井筒支护安全的保证至关重要。支护部分由混凝土及其内部钢筋组成，当井筒穿过含水地层时，若遇到导水通道则外部混凝土会发生腐蚀，出现剥落、强度降低等现象；若混凝土腐蚀厚度加深则内部钢筋进而会受到腐蚀，产生的膨胀应力使钢筋混凝土结构可靠度进一步降低。若加之化学离子和温度的存在，则上述反应会加速，导致工程结构失效速度加快，严重威胁生产及人员安全。

在工程结构服役过程中，有多个环节相互影响、相互作用。首先地层是工程结构所处的环境，地层的情况是腐蚀发生的先决条件，其中在含水层地区中的化学离子浓度、温度、酸碱度是决定化学反应快慢的因素，决定腐蚀速度。其次有混凝土、钢筋是发生腐蚀的主体，混凝土的配合比、纤维掺量、养护时间是决定其密实度和强度的主要因素，同样影响腐蚀速度。内部包裹的钢筋是在混凝土之后受到腐蚀，其腐蚀后产生的膨胀应力影响混凝土内部的稳定，产生的裂纹会加速腐蚀。最后工程结构的可靠性是直观反应结构安全的环节，其受前几个环节的影响，又有反作用。如何宏观地通过各个环节的作用预测工程结构的腐蚀情况是保证工程结构安全的前提。

而目前尚无有效手段可实现对工程结构可靠性进行模拟预测。

发明内容

本发明提供了一种腐蚀环境中地下工程结构服役状态仿真与寿命预测方法，以解决目前尚无有效手段可实现对工程结构可靠性进行模拟预测的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种腐蚀环境中地下工程结构服役状态仿真与寿命预测方法，所述腐蚀环境中地下工程结构服役状态仿真与寿命预测方法包括：

针对待仿真的地下工程结构，基于系统动力学方法，构建工程结构服役状态预测系统动力学模型；其中，所述工程结构服役状态预测系统动力学模型包括地质环境子系统、混凝土服役子系统、钢筋服役子系统和结构可靠度子系统；

基于所述工程结构服役状态预测系统动力学模型，动态模拟腐蚀环境中地下工程结构的服役状态，得出预设指标随时间的变化趋势，以预测出腐蚀环境中地下工程结构的服役寿命，并动态预测出腐蚀环境中地下工程结构的可靠度。

进一步地，所述构建工程结构服役状态预测系统动力学模型，包括：

确定工程结构服役状态预测系统动力学模型各子系统中的因素；

确定工程结构服役状态预测系统动力学模型各子系统因素之间的反馈关系，确定各子系统间反馈关系，构建模型的因果回路图；

确定工程结构服役状态预测系统动力学模型各子系统因素变量类型；

确定工程结构服役状态预测系统动力学模型各子系统相关因素之间的方程，构建模型的存量流量图。

进一步地，所述地质环境子系统中的因素包括：地层温度、化学离子浓度、地层环境风险度、反应时间以及化学反应速度；