《Processes》：Evolution of Occurrence States of Retained Hydrocarbons in Organic-Rich Shales During Thermal Maturation: Evidence from Semi-Open System Pyrolysis
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盾构隧道是地铁隧道的主要结构形式。在硫酸盐离子与杂散电流共同影响下，盾构隧道内部钢筋会快速腐蚀，影响地铁安全运行。研究人员建立了数值计算模型，模拟电-化学场耦合下盾构隧道钢筋腐蚀，并通过模型试验验证模型准确性。基于此模型，研究了杂散电流条件下隧道内硫酸盐离子迁
盾构隧道是地铁隧道的主要结构形式。在硫酸盐离子与杂散电流共同影响下，盾构隧道内部钢筋会快速腐蚀，影响地铁安全运行。研究人员建立了数值计算模型，模拟电-化学场耦合下盾构隧道钢筋腐蚀，并通过模型试验验证模型准确性。基于此模型，研究了杂散电流条件下隧道内硫酸盐离子迁移规律及钢筋腐蚀机制。结果表明：在杂散电流与硫酸盐离子耦合作用下，管片钢筋腐蚀区域从隧道拱腰区逐渐扩展；相比单侧泄漏，双侧泄漏下硫酸盐离子迁移速率与钢筋腐蚀速率均更高。道床顶部输入电压变化不改变管片钢筋电压与腐蚀电流密度分布曲线形态；输入电压由1 V升至5 V时，双侧泄漏下钢筋中段电压增大5.2倍，单侧泄漏下增大8.2倍；单侧泄漏曲线波动幅度较双侧显著减小，但两种情况下腐蚀电流密度均随泄漏电压升高成比例增加。研究结论为盾构隧道结构安全评估与病害治理提供理论基础。
研究背景方面，随着城市化进程加快，地铁成为公共交通骨干，但服役年限增加后盾构隧道出现钢筋腐蚀、混凝土开裂、渗漏等缺陷，其中杂散电流（stray current）是导致内部钢筋腐蚀的主要原因。杂散电流引发强制电化学电解过程，改变钢筋-孔隙液界面电极电位分布，使电流流入段成阴极、流出段成阳极，阳极区铁原子受电场驱动失电子发生剧烈氧化溶解，锈层体积膨胀2至6倍，导致混凝土保护层开裂剥落。中国西南岩溶区及华北平原部分区域地下水中硫酸盐浓度显著高于氯离子，贵阳地铁某区间土壤经离子色谱测定硫酸盐含量较高。现有研究多单独考虑杂散电流或腐蚀介质，而硫酸盐离子与杂散电流耦合下钢筋电化学腐蚀机制研究有限；实验表明硫酸盐与阳极释放铁离子结合生成水溶性硫酸亚铁而非致密氢氧化亚铁沉淀，硫酸盐在腐蚀中不被消耗而维持连续腐蚀循环。因此，开展电-化学场耦合下盾构隧道钢筋腐蚀研究具有重要工程意义。该论文发表于《Processes》。
关键技术方法上，研究人员建立盾构隧道几何模型（直径6.2 m、管片厚350 mm、环宽1.2 m、HRB400钢筋直径16 mm、保护层50 mm），基于欧姆定律、Nernst–Planck方程描述硫酸盐离子电迁移、Butler–Volmer方程计算腐蚀电流密度并引入氧扩散限制电流，采用COMSOL Multiphysics耦合电场-稀物质扩散-电化学腐蚀三模块求解；边界条件设定道床上部钢筋为杂散电流输入、拱腰接缝为输出、外弧面与拱腰接缝硫酸盐浓度0.6 mol/L（经三电极法测得HRB400钢在模拟孔隙液中腐蚀电流密度突跃阈值）；以贵阳地铁依托，通过150 mm立方体钢筋混凝土试件在0.6 mol/L硫酸钠溶液下80 V电解30天与60天，钻芯用自动电导滴定仪测硫酸根，验证数值模型（30天RMSE 9.67%，60天5.81%）。
研究结果如下。
双侧泄漏模式：电压分布显示隧道底部管片电压最高，钢筋S2环向电压中高两端低，S3电压随离输入端距离线性下降，1 V升至5 V时S3中段电压增10.3倍。硫酸盐离子在外弧面扩散慢、泄漏区迁移快，5至15年最大扩散距离增41%，内弧面呈双峰分布且随时间增强，峰值浓度增1.1倍。腐蚀电流密度随硫酸盐扩散范围扩展而增大并受氧限流达饱和；A3钢筋环向呈倒S形，0.3 L断面宽向在0.8 L处因近输入端出现峰值。
单侧泄漏模式：电压集中于底部偏左，S2峰值由中心左移，同电压下拱底钢筋最大电压较双侧降18%至33%；S3仍线性下降，1 V升至5 V中段电压增8.2倍。硫酸盐5至15年最大扩散距离增39%，内弧面双峰不对称且近输入端峰更高，峰值浓度增0.8倍。腐蚀区两侧缩小尤以右侧明显，A3环向曲线形状同双侧仅腐蚀长度略减，0.3 L宽向波动幅度较双侧显著减小，但腐蚀电流密度随电压成比例增加，1 V升至5 V最大腐蚀电流密度增70%。
结论部分翻译：计算结果表明，在杂散电流与硫酸盐离子耦合作用下，管片钢筋腐蚀区从隧道拱腰逐渐扩展，近端正端腐蚀速率相等；相比单侧泄漏，双侧泄漏下硫酸盐迁移与钢筋腐蚀速率均更高，因双侧电势差大加速带电离子迁移，钢筋附近硫酸根浓度高使腐蚀电流密度迅速达极限电流密度。道床顶部输入电压变化不改变管片钢筋电压与腐蚀电流密度分布曲线形态，1 V升至5 V时双侧中段电压增10.3倍、单侧增8.2倍。单侧泄漏曲线波动幅度较双侧显著减小，但两情形下腐蚀电流密度均随泄漏电压成比例增加。隧道内表面硫酸盐浓度呈双峰分布，双侧对称、单侧不对称且近输入端峰更高；5至15年时单侧与双侧内弧面最大硫酸盐浓度分别增0.8倍与1.1倍。实际中杂散电流输入点未必同环、列车速度变化致电压动态波动、地下水硫酸盐浓度受环境影响，本研究取单环隧道建模，结果与真实或有差异，未来将建多环模型进一步分析。
