陳 江，熊 杰，李宇馳，熊 峰*

(1.四川大學(xué) 災(zāi)變力學(xué)與工程防災(zāi)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610065；2.四川大學(xué) 深地科學(xué)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610065；3.四川大學(xué) 建筑與環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610065)

中國(guó)正處于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大力發(fā)展階段，跨江跨海大橋、港口碼頭、大壩、海洋平臺(tái)等涉水工程在不斷興建，水下空間的開(kāi)發(fā)利用也是未來(lái)緩解城市空間壓力的重要舉措[1]。水下混凝土工程服役環(huán)境惡劣，其建設(shè)和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的安全問(wèn)題尤其突出。裂縫是混凝土最常見(jiàn)的缺陷，對(duì)于水下混凝土工程，裂縫不僅降低結(jié)構(gòu)承載能力、剛度和耐久性，還可能導(dǎo)致漏水、增加鋼筋銹蝕風(fēng)險(xiǎn)，其危害更加嚴(yán)重。尤其是處于海洋環(huán)境的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土保護(hù)層開(kāi)裂會(huì)使氯離子的侵入更容易，從而加速局部堿度損失，導(dǎo)致嚴(yán)重的鋼筋腐蝕[2]。鋼筋腐蝕又會(huì)加劇裂縫的發(fā)展，從而形成一個(gè)不可逆的惡性循環(huán)[3]。準(zhǔn)確、及時(shí)地監(jiān)測(cè)裂縫的發(fā)生發(fā)展過(guò)程，對(duì)保障涉水工程安全、防止事故具有重要意義。

長(zhǎng)期以來(lái)，水下混凝土結(jié)構(gòu)裂縫檢測(cè)主要憑借潛水員依靠雙手的觸感和清水中的視覺(jué)進(jìn)行辨別。20世紀(jì)80年代以來(lái)，相繼出現(xiàn)了一系列先進(jìn)的水下無(wú)損探測(cè)設(shè)備，如：水下攝像監(jiān)視機(jī)[4]、超聲儀[5]、圖像聲納系統(tǒng)[6]等，但這些檢測(cè)技術(shù)大多仍需要潛水員進(jìn)行水下作業(yè)。水下環(huán)境復(fù)雜多變，對(duì)潛水員的生命安全有較大威脅，另外，潛水員作業(yè)時(shí)間短，難以開(kāi)展長(zhǎng)時(shí)間大面積檢測(cè)任務(wù)，且潛水員下潛深度一般不宜超過(guò)50 m，難以完成深水檢測(cè)任務(wù)[7–8]。隨著人工智能、自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，各類水下機(jī)器人逐漸取代潛水員實(shí)施各種水下作業(yè)。水下機(jī)器人主要有兩類：一類是有纜水下機(jī)器人，習(xí)慣上把它稱為水下遙控運(yùn)載體（remotely operated vehicle，ROV）[8–9]；另一類是無(wú)纜水下機(jī)器人，習(xí)慣上把它稱為水下自主式無(wú)人運(yùn)載體（autonomous underwater vehicle，AUV）[10–11]。在水下機(jī)器人上裝載封閉式水下光學(xué)相機(jī)或聲納系統(tǒng)對(duì)水下結(jié)構(gòu)進(jìn)行拍照或聲納掃描，利用深度學(xué)習(xí)算法通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行處理、分析和理解[12]，進(jìn)而識(shí)別裂縫的方法在水下結(jié)構(gòu)中得到廣泛研究和應(yīng)用。但是，當(dāng)檢測(cè)范圍大且裂縫位置未知時(shí)，這種檢測(cè)技術(shù)耗時(shí)較長(zhǎng)，效率較低。同時(shí)，這種檢測(cè)技術(shù)容易受到水生植物和水生動(dòng)物的干擾。在流速較大、水質(zhì)渾濁等惡劣水下環(huán)境中，這類檢測(cè)技術(shù)也難以實(shí)施。

提前做好裂縫監(jiān)測(cè)規(guī)劃，在工程施工階段將監(jiān)測(cè)設(shè)施預(yù)埋在混凝土內(nèi)部是一種較為保險(xiǎn)的方案。裂縫計(jì)是工程上常用的預(yù)埋式裂縫監(jiān)測(cè)儀器[13]，以電阻式為主，這類監(jiān)測(cè)手段歷史悠久，工程經(jīng)驗(yàn)積累較多，且被相應(yīng)規(guī)范所認(rèn)可，今后一定時(shí)期內(nèi)仍將持續(xù)發(fā)揮作用。隨著智能材料的發(fā)展，形狀記憶合金[14]、光纖光柵[15]、壓電陶瓷[16]等新材料在裂縫傳感器研制方面也得到廣泛研究。這類埋入式傳感器一般只在關(guān)鍵部位布點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)覆蓋范圍較窄，容易漏判；且傳感器埋入混凝土內(nèi)部，與混凝土緊密黏結(jié)，一旦損壞，無(wú)法更換，難以滿足工程長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)需求。

針對(duì)水下混凝土結(jié)構(gòu)裂縫監(jiān)測(cè)的技術(shù)難題，尋求新的監(jiān)測(cè)途徑勢(shì)在必行。正如醫(yī)學(xué)上將體溫作為人體健康狀態(tài)的重要指標(biāo)一樣，溫度也可以反映結(jié)構(gòu)物的健康狀態(tài)。溫度示蹤法就是利用待測(cè)物理量與溫度的耦合作用效應(yīng)，根據(jù)待測(cè)物理量與溫度的轉(zhuǎn)換關(guān)系，通過(guò)可靠且費(fèi)用較低的溫度測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)待測(cè)物理量的間接監(jiān)測(cè)，該方法已在隧道火災(zāi)[17]、輸油管線泄漏[18]、土體含水率[19]和滲流[20]、樁基完整性[21]等工程領(lǐng)域得到廣泛研究和應(yīng)用。事實(shí)上，水下混凝土工程處于流固耦合作用的特殊環(huán)境，熱效應(yīng)耦合作用是流固耦合作用的表現(xiàn)形式之一，本文利用這種耦合作用，提出了涉水混凝土工程裂縫監(jiān)測(cè)的溫度示蹤法，設(shè)計(jì)了3種水下混凝土結(jié)構(gòu)裂縫監(jiān)測(cè)方案，通過(guò)模型試驗(yàn)驗(yàn)證了該方法用于涉水混凝土工程裂縫監(jiān)測(cè)的可行性。

1 監(jiān)測(cè)原理與方案

熱量的傳遞方式包括熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射。對(duì)于大多數(shù)傳熱問(wèn)題，熱輻射所占的比例較小，可忽略。對(duì)于混凝土這種孔隙率較小，內(nèi)部無(wú)流體流動(dòng)的相對(duì)密實(shí)介質(zhì)，熱量主要通過(guò)熱傳導(dǎo)的方式散失。根據(jù)熱傳導(dǎo)理論，單位時(shí)間從高溫物體向低溫物體傳遞的熱量可表示為：

式中，qh為熱流向量，λ為材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)，T為溫度，L為向量算子，D為熱傳導(dǎo)矩陣，其中，L和D的計(jì)算式為：

式中，Kx、Ky和Kz為3個(gè)方向的熱傳導(dǎo)系數(shù)。

當(dāng)裂縫中有流體流動(dòng)時(shí)，縫隙中的水流將產(chǎn)生對(duì)流傳熱效應(yīng)，其熱流密度可表示為：

為了使裂縫周圍介質(zhì)的熱力學(xué)參數(shù)或傳熱邊界條件發(fā)生變化，采用溫度示蹤法監(jiān)測(cè)水下混凝土結(jié)構(gòu)裂縫。水下混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂后，水滲入到裂縫中，從而使開(kāi)裂部位的熱力學(xué)參數(shù)發(fā)生變化，同時(shí)，在裂縫界面形成新的換熱邊界。但是，這種變化很微弱，除非裂縫很寬。為了提升開(kāi)裂前后開(kāi)裂部位熱工性能的差異，提出3種監(jiān)測(cè)方案如圖1所示。

圖1 水下混凝土結(jié)構(gòu)裂縫監(jiān)測(cè)方案Fig. 1 Crack monitoring scheme for underwater concrete structures

圖1中，3種方案都采用耐熱聚乙烯（PE–RT）或聚四氟乙烯（PTFE）材料做監(jiān)測(cè)管。方案1中，套管采用脆性多孔材料，如微孔陶瓷管，當(dāng)裂縫延伸至套管，由于多孔套管的毛細(xì)吸力，外界的水可沿裂縫面滲入填充套管孔隙，使套管的含水率增大，從而導(dǎo)致套管的熱傳導(dǎo)系數(shù)增大。方案2中：采用脆性致密材料做套管，套管的內(nèi)徑需比監(jiān)測(cè)管外徑大，使套管與監(jiān)測(cè)管間有一定間隙形成空腔，用柔性密封膠封堵套管兩端；開(kāi)裂前，監(jiān)測(cè)管–套管組件的空腔中為空氣；開(kāi)裂后，外界的水滲入空腔，使開(kāi)裂部位周圍介質(zhì)發(fā)生改變，也即使熱傳導(dǎo)系數(shù)增大。由式（1）可知，熱源周圍介質(zhì)的熱傳導(dǎo)系數(shù)增大會(huì)使熱量傳遞速度快，從而增大熱源降溫速度，因此，開(kāi)裂部位對(duì)應(yīng)的熱源降溫速度明顯比未開(kāi)裂部位快，根據(jù)這一現(xiàn)象就可確定開(kāi)裂信息。方案3中：灌水管與監(jiān)測(cè)管并排布置，灌水管同樣采用脆性致密材料；當(dāng)某處產(chǎn)生裂縫時(shí)，外界的水將滲入灌水管，因此，當(dāng)發(fā)現(xiàn)灌水管中有水時(shí)，即預(yù)示該條監(jiān)測(cè)線路上有裂縫；此時(shí)，可將灌水管與恒水位水箱相連，由于水壓差，灌水管中的水將通過(guò)裂縫流入外界，從而在裂縫界面產(chǎn)生對(duì)流傳熱效應(yīng)，裂縫附近熱源的降溫速度將明顯變快，根據(jù)這一現(xiàn)象即可確定開(kāi)裂信息。

陳江等[20]定義了反映降溫速度的判別指標(biāo)ξv，如式（5）所示：

式中，T0為降溫初始溫度，Tθ為環(huán)境溫度。

選取ln(T–Tθ)時(shí)程曲線中線性度較好的時(shí)段進(jìn)行線性擬合，擬合直線的斜率即為ξv。利用t1～tn時(shí)段測(cè)試的溫度計(jì)算ξv：

式中，Ti為ti時(shí)刻的溫度。

2 試 驗(yàn)

2.1 試件

測(cè)試試件采用鋼筋混凝土梁，試件截面尺寸為150 mm×150 mm，長(zhǎng)550 mm，按圖1所示的監(jiān)測(cè)方案分別在混凝土內(nèi)部預(yù)埋監(jiān)測(cè)管–套管組件或監(jiān)測(cè)管–灌水管組件，如圖2所示。圖2中，監(jiān)測(cè)管選用耐熱聚乙烯（PE–RT）管，其外徑和壁厚分別為20和2 mm。方案1中，微孔陶瓷管的內(nèi)徑為20 mm，外徑為40 mm，長(zhǎng)為100 mm，其微孔尺寸為70 μm，孔隙率為0.35；方案2中，陶瓷管的內(nèi)徑為25 mm，外徑為35 mm，長(zhǎng)為200 mm；方案3中，灌水管采用外徑為18 mm，壁厚為2 mm的陶瓷管。

圖2 試件制作Fig. 2 Specimen fabrication

2.2 測(cè)試裝置

采用陶瓷加熱管模擬圖1中的點(diǎn)熱源，采用光纖光柵溫度傳感器測(cè)量點(diǎn)熱源的溫度時(shí)程響應(yīng)，采用導(dǎo)熱膠把光纖光柵溫度傳感器與陶瓷加熱管集成于一體，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 傳感加熱單元結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 3 Sketch map of sensing-heating element

圖3中，采用外徑4 mm，長(zhǎng)60 mm的銅管封裝光纖光柵溫度傳感器；陶瓷加熱管的外徑、內(nèi)徑和長(zhǎng)度分別為12、8和12 mm。為了減小傳感加熱單元與監(jiān)測(cè)管內(nèi)壁的間隙，用1根外徑15 mm，壁厚1 mm的銅管套在陶瓷加熱管外。采用聚華公司生產(chǎn)的JH–FBG–C1型解調(diào)儀測(cè)試光纖光柵溫度傳感器的波長(zhǎng)，其波長(zhǎng)測(cè)試范圍為1 528～1 568 nm，采樣頻率最高可達(dá)1 000 Hz，波長(zhǎng)分辨率為0.1 pm，波長(zhǎng)測(cè)量精度為±0.5 pm，動(dòng)態(tài)范圍大于25 dB。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果

2.3.1 方案1

設(shè)環(huán)境溫度下光纖光柵溫度傳感器的中心波長(zhǎng)為λθ，由于光纖光柵的波長(zhǎng)λ與溫度呈線性關(guān)系，因此，ln(λ–λθ)時(shí)程曲線的特征與ln(T–Tθ)時(shí)程曲線相似。開(kāi)裂前后測(cè)點(diǎn)的ln(λ–λθ)時(shí)程曲線如圖4所示。由圖4可以看出：ln(λ–λθ)時(shí)程曲線的斜率均具有前期較大，后期較小的特征，這主要是由于前期溫度梯度大，散熱快所致。由于混凝土的孔隙率較小，幾乎不滲水，監(jiān)測(cè)管周圍介質(zhì)的熱力學(xué)參數(shù)在浸水前后基本相同。因此，當(dāng)混凝土未開(kāi)裂時(shí)，是否浸水對(duì)熱源降溫規(guī)律幾乎沒(méi)有影響，ln(λ–λθ)時(shí)程曲線基本一致。當(dāng)混凝土開(kāi)裂后，由于微孔陶瓷管的吸水作用，裂縫面浸水導(dǎo)致監(jiān)測(cè)管周圍介質(zhì)的熱力學(xué)參數(shù)改變幅度較大，開(kāi)裂前后，ln(λ–λθ)時(shí)程曲線有較明顯的區(qū)別。選取20～200 s 時(shí)段的波長(zhǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算3種狀態(tài)對(duì)應(yīng)的降溫速度判別指標(biāo)分別為–7.806×10–3、–7.972×10–3和–10.268×10–3，可見(jiàn)開(kāi)裂后測(cè)點(diǎn)降溫速度判別指標(biāo)的絕對(duì)值明顯增大。根據(jù)這一異?，F(xiàn)象可進(jìn)行開(kāi)裂部位的識(shí)別，但這種方案難于識(shí)別裂縫寬度。

圖4 ln(λ–λθ)時(shí)程曲線對(duì)比（方案1）Fig. 4 Comparison of the time-history curves of ln(λ–λθ)with scheme 1

2.3.2 方案2

圖5 方案2試驗(yàn)裝置Fig. 5 Sketch map of test setup for the second scheme

當(dāng)試件在靜水中時(shí)，不同裂縫寬度w對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)降溫階段的ln(λ–λθ)時(shí)程曲線如圖6所示。由圖6可以看出，測(cè)點(diǎn)A和測(cè)點(diǎn)B的ln(λ–λθ)時(shí)程曲線開(kāi)裂后與開(kāi)裂前相比存在明顯變化，但不同裂縫寬度對(duì)應(yīng)的ln(λ–λθ)時(shí)程曲線差異較小。

圖6 靜水中l(wèi)n(λ?λθ)時(shí)程曲線對(duì)比（方案2）Fig. 6 Comparison of the time-history curves of ln(λ?λθ) in still water with monitoring scheme 2

取t1= 0，tn= 80 s，采用式（6）計(jì)算靜水環(huán)境中不同裂縫寬度對(duì)應(yīng)的ln(λ–λθ)時(shí)程曲線的初始斜率ξi，見(jiàn)表1。

表1 靜水中 ξi的計(jì)算結(jié)果Tab. 1 Calculation results of ξi in still water

由表1可見(jiàn)：開(kāi)裂后ξi的絕對(duì)值明顯大于開(kāi)裂前ξi的絕對(duì)值；在不同裂縫寬度下，兩個(gè)測(cè)點(diǎn)降溫階段的ln(λ–λθ)時(shí)程曲線基本一致，ξi值也基本相同，說(shuō)明在靜水環(huán)境中，采用方案2只能判別套管覆蓋面內(nèi)是否開(kāi)裂，而無(wú)法識(shí)別裂縫寬度。

啟動(dòng)水泵，使水箱中的水產(chǎn)生循環(huán)流動(dòng)來(lái)模擬流動(dòng)水環(huán)境。當(dāng)水泵流量為18 500 mL·min–1時(shí)，不同裂縫寬度對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)降溫階段ln(λ–λθ)時(shí)程曲線如圖7所示。由圖7可以看出：在流動(dòng)水環(huán)境中，測(cè)點(diǎn)A降溫階段的ln(λ–λθ)時(shí)程曲線與裂縫寬度相關(guān)；測(cè)點(diǎn)B降溫階段的ln(λ–λθ)時(shí)程曲線受裂縫寬度的影響較小。

圖7 動(dòng)水中l(wèi)n(λ–λθ)時(shí)程曲線對(duì)（方案2）Fig. 7 Comparison of the time-history curves of ln(λ–λθ) in flowing water with monitoring scheme 2

取t1= 0，tn= 80 s，采用式（6）計(jì)算流動(dòng)水環(huán)境中不同裂縫寬度對(duì)應(yīng)的ln(λ–λθ)時(shí)程曲線的初始斜率ξi見(jiàn)表2。取t1= 200 s，tn= 500 s，采用式（6）計(jì)算流動(dòng)水環(huán)境中不同裂縫寬度對(duì)應(yīng)的ln(λ–λθ)時(shí)程曲線的后期斜率ξj見(jiàn)表3。

表2 流動(dòng)水環(huán)境中 ξi的計(jì)算結(jié)果Tab. 2 Calculation results of ξi in flowing water

表3 流動(dòng)水環(huán)境中 ξj的計(jì)算結(jié)果Tab. 3 Calculation results of ξj in flowing water

由表2、3可見(jiàn)：測(cè)點(diǎn)A降溫階段，ln(λ–λθ)時(shí)程曲線的初始斜率絕對(duì)值基本上隨裂縫寬度的增大而增大，但增大的趨勢(shì)不明顯；而后期斜率的絕對(duì)值隨裂縫寬度增大而增大的趨勢(shì)則較明顯。測(cè)點(diǎn)B降溫階段ln(λ–λθ)時(shí)程曲線的初始斜率只與是否開(kāi)裂有關(guān)，與裂縫寬度基本無(wú)關(guān)；其后期斜率的絕對(duì)值基本上隨裂縫寬度的增大而增大，但變化幅度不大。

后期斜率ξj與裂縫寬度w的關(guān)系如圖8所示。在測(cè)試的裂縫寬度范圍內(nèi)， ξj與w的擬合關(guān)系可表示為：

田光居“上館”三月，在了解太子丹意圖及其門客的才能之后，以“欲為太子良謀，則太子不能；欲奮筋力，則臣不能”的兩難，向太子推薦了“神勇之人”荊軻。事后，卻因太子送別之時(shí)的一句叮囑“此國(guó)事，愿勿泄之”而在荊軻面前“吞舌而死”，既以保全“不為人所疑”之節(jié)操，亦借此激勵(lì)荊軻。

圖8 ξj與w擬合關(guān)系Fig. 8 Fitting relationship between ξj and w width

綜上，在流動(dòng)水環(huán)境中，采用方案2可識(shí)別裂縫寬度，測(cè)點(diǎn)離裂縫越近，后期斜率對(duì)裂縫寬度越敏感。

2.3.3 方案3

在靜水環(huán)境中，對(duì)不同裂縫寬度和滲漏流量的組合工況開(kāi)展如圖9所示部位的測(cè)試。

圖9 測(cè)點(diǎn)布置Fig. 9 Layout of measuring points

定義無(wú)量綱參數(shù)Γ為：

式中，λ0為降溫初始時(shí)刻光纖光柵溫度傳感器的中心波長(zhǎng)。

在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)軸中繪制降溫階段各測(cè)點(diǎn)的Γ時(shí)程曲線，作為示例，圖10給出了當(dāng)裂縫寬度為0.6 mm，滲漏流量qw為100 mL·min?1時(shí)，圖9所示的各測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Γ時(shí)程曲線，其他工況的Γ時(shí)程曲線的變化規(guī)律與之類似。由圖10可以看出：當(dāng)150 s≤t≤600 s時(shí)，lg Γ的時(shí)程曲線具有線性特征，該時(shí)段時(shí)程曲線的斜率與熱源降溫速度具有很好的相關(guān)性。測(cè)點(diǎn)離裂縫越近，其對(duì)應(yīng)的時(shí)程曲線在該時(shí)段的斜率的絕對(duì)值也越大，因此，后續(xù)分析統(tǒng)一將150 s≤t≤600 s時(shí)段，lg Γ時(shí)程曲線的斜率作為裂縫判別指標(biāo)ψ。

圖10 Γ時(shí)程曲線的半對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖Fig. 10 Semilogarithmic plot of time-history curves of Γ

當(dāng)裂縫寬度w為0.4 mm時(shí)，圖9所示各測(cè)點(diǎn)ψ值的分布特征如圖11所示（裂縫所在位置的y坐標(biāo)設(shè)為0）。在未開(kāi)裂狀態(tài)下，在灌水管中灌滿水，測(cè)得的ψ值為–1.606×10–3，圖11中，虛線即為ψ=–1.606×10–3的基準(zhǔn)線。

圖11 w=0.4 mm時(shí)ψ的分布特征Fig. 11 Distribution of ψ under different leakage flow when w = 0.4 mm

由圖11可以看出：離裂縫越近，ψ的絕對(duì)值越大，其分布特征能很好地反映裂縫的位置；當(dāng)裂縫寬度一定時(shí)，滲漏流量越大，縫隙中的流速越大，ψ的絕對(duì)值也越大；裂縫下端灌水管中的流速接近0，因此，位于裂縫下端的測(cè)點(diǎn)（測(cè)點(diǎn)6#～8#）的降溫規(guī)律主要受縫隙中流速的影響，測(cè)點(diǎn)離裂縫越遠(yuǎn)，其所受影響越小，如：測(cè)點(diǎn)8#的ψ值與未開(kāi)裂狀態(tài)下的ψ值基本相同，說(shuō)明測(cè)點(diǎn)8#的降溫規(guī)律基本不受裂縫中流速的影響；裂縫上端灌水管中的流速與滲漏流量成正比，位于裂縫上端測(cè)點(diǎn)（測(cè)點(diǎn)1#～4#）的降溫規(guī)律除了受縫隙中流速的影響外，還會(huì)受灌水管中流速的影響，因此，與測(cè)點(diǎn)8#相比，測(cè)點(diǎn)1#雖然距裂縫更遠(yuǎn)，但ψ的絕對(duì)值更大，且測(cè)點(diǎn)1#的ψ的絕對(duì)值隨滲漏流量的增大呈增大趨勢(shì)。

當(dāng)裂縫寬度一定時(shí)，滲漏流量越大，縫隙中的流速越大，對(duì)流傳熱效應(yīng)越顯著，熱源降溫越快。在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)軸中繪制不同裂縫寬度和滲漏流量的組合工況下，測(cè)點(diǎn)5#的ψ值與qw的關(guān)系曲線如圖12所示。由圖12可以看出，當(dāng)裂縫寬度一定時(shí)，隨著滲漏流量的增大，ψ的絕對(duì)值呈增大趨勢(shì)，其增大的幅度在變緩，說(shuō)明滲漏流量越大，開(kāi)裂部位ψ的絕對(duì)值與未開(kāi)裂部位的差異越大，監(jiān)測(cè)效果更佳。

圖12 測(cè)點(diǎn)5#的ψ值與qw的關(guān)系曲線Fig. 12 Relationship between qw and ψ for test point 5#

隨著裂縫寬度的增大，縫隙處的抗?jié)B性降低，在水頭差一定時(shí)，滲漏流量越大。圖13繪制了當(dāng)水頭差為88 cm時(shí)，滲漏流量與裂縫寬度的關(guān)系曲線。

圖13 qw與w的關(guān)系Fig. 13 Relationship between qw and w

由圖13可以看出：隨著裂縫寬度的增大，滲漏流量具有非常明顯的遞增趨勢(shì)，在測(cè)試的裂縫寬度范圍內(nèi)，二者的擬合關(guān)系見(jiàn)式（9），因此，ψ可作為裂縫定位的判別指標(biāo)，滲漏流量可用于裂縫寬度的識(shí)別。

3 結(jié) 論

本文基于流體–熱源–裂縫的熱效應(yīng)耦合作用，提出了涉水混凝土工程裂縫監(jiān)測(cè)的溫度示蹤法，并設(shè)計(jì)了3種裂縫監(jiān)測(cè)方案，針對(duì)這3種監(jiān)測(cè)方案，分別開(kāi)展了裂縫監(jiān)測(cè)模型試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，可得到以下結(jié)論：1）根據(jù)熱源降溫規(guī)律，這3種方案均能較好地識(shí)別是否有裂縫產(chǎn)生。在裂縫定位方面，方案1和方案2只能判斷套管覆蓋范圍內(nèi)是否有裂縫；方案3的裂縫定位精度更高，但需要布置更多測(cè)點(diǎn)。2）在靜水環(huán)境中，方案1和方案2均不能識(shí)別裂縫寬度；在流動(dòng)水環(huán)境中，方案2可識(shí)別裂縫寬度，且測(cè)點(diǎn)離裂縫越近，靈敏度越高。3）在靜水環(huán)境中，采用方案3監(jiān)測(cè)裂縫時(shí)，滲漏流量與水頭壓力和裂縫寬度有關(guān)，當(dāng)水頭壓力一定時(shí)，可根據(jù)滲漏流量與裂縫寬度的關(guān)系識(shí)別裂縫寬度。