排水管道新型复合材料的应用试题及答案

排水管道新型复合材料的应用试题及答案一、单项选择题（每题1分，共20分。每题只有一个正确答案，请将正确选项字母填入括号内）1.下列哪种纤维在排水管道新型复合材料中最常用于提高环刚度？（）A.碳纤维  B.玻璃纤维  C.芳纶纤维  D.聚酯纤维答案：B2.对于埋地排水管道，新型复合材料设计时首要考虑的长期性能指标是（）A.冲击韧性  B.蠕变比率  C.氧指数  D.巴氏硬度答案：B3.在GB/T21238—2016《玻璃纤维增强塑料夹砂管》中，SN10000表示的环刚度等级单位为（）A.kN/m²  B.N/m²  C.kN/m  D.Pa答案：A4.采用不饱和聚酯树脂为基体时，为提高耐化学腐蚀性，通常首选的固化体系为（）A.过氧化甲乙酮/环烷酸钴  B.过氧化苯甲酰/二甲基苯胺C.过氧化乙酰丙酮/辛酸钴  D.过氧化环己酮/N,N二甲基对甲苯胺答案：A5.某DN1200mm连续缠绕玻璃钢管，设计埋深6m，土重度18kN/m³，车辆荷载不计，则管道顶部竖向土压力标准值最接近（）A.54kN/m²  B.108kN/m²  C.216kN/m²  D.432kN/m²答案：B6.在新型复合材料排水管中，加入石英砂的主要作用是（）A.降低成本并提高压缩强度  B.提高抗渗性C.降低线膨胀系数  D.提高抗紫外线性能答案：A7.对于顶进施工的玻璃纤维增强塑料管，其短期失效模式最可能是（）A.环向屈曲  B.纵向开裂  C.分层剪切  D.局部冲剪答案：C8.采用紫外光固化CIPP内衬修复旧混凝土管，内衬材料主体为（）A.环氧玻璃钢  B.乙烯基酯无纺布+紫外光固化树脂C.不饱和聚酯腻子  D.水泥基聚合物砂浆答案：B9.下列哪项不是热固性复合材料排水管的优点？（）A.内壁光滑  B.可焊接  C.耐腐蚀  D.重量轻答案：B10.在ISO25780:2011中，测定塑料管道环刚度时，试样长度应不小于公称直径的（）A.0.2倍  B.0.5倍  C.1.0倍  D.1.5倍答案：C11.某项目采用DN800mm玻璃钢管，环刚度SN5000，现场实测垂直变形量为3%D。依据ASTMD2412，该管刚度等级（）A.满足设计  B.不满足设计  C.无法判定  D.需复测答案：A12.采用有限元分析复合材料管—土相互作用时，土体本构模型通常选用（）A.线弹性  B.DruckerPrager  C.MohrCoulomb  D.Camclay答案：C13.对于双壁波纹PE复合增强管，其增强层为预浸带缠绕，该预浸带树脂首选（）A.HDPE  B.PP  C.PVC  D.乙烯基酯答案：B14.在低温（−20℃）环境下，下列哪种基体树脂的断裂伸长率保持率最高？（）A.环氧乙烯基酯  B.不饱和聚酯  C.酚醛  D.环氧答案：A15.复合材料排水管采用承插式弹性密封连接，其密封圈材料常用（）A.NBR  B.EPDM  C.CR  D.SIL答案：B16.某城市排水主干管设计流量为3.2m³/s，采用n=0.009的玻璃钢管，曼宁公式计算，若坡度为0.5%，所需圆形管径约为（）A.1.4m  B.1.6m  C.1.8m  D.2.0m答案：C17.在CJJ/T143—2010中，用于顶管的玻璃钢管最小壁厚系数k为（）A.0.01  B.0.02  C.0.03  D.0.05答案：B18.采用红外热像法检测复合材料管空洞缺陷，激发热源常用（）A.卤素灯  B.激光  C.电磁感应  D.超声答案：A19.下列哪项属于复合材料管的“层间剪切强度”试验方法？（）A.ASTMD2412  B.ASTMD2344  C.ASTMD790  D.ISO178答案：B20.对于海水排放用复合材料管，其树脂耐碱等级至少应达到（）A.1级  B.2级  C.3级  D.4级答案：B二、多项选择题（每题2分，共20分。每题有两个或两个以上正确答案，选择全部正确得分，漏选、错选均不得分）21.下列因素会显著降低玻璃钢管长期环刚度的有（）A.树脂固化度不足  B.纤维体积分数偏低C.埋地地下水pH=5  D.紫外线长期照射外壁答案：ABD22.关于紫外光固化CIPP修复，以下说法正确的有（）A.拉入压力一般0.2bar  B.固化速度受管径影响C.树脂收缩率<1%  D.无需后续冷却答案：BC23.下列试验可用于评价热固性复合材料排水管耐化学性的有（）A.ASTMC581  B.ISO175  C.GB/T3857  D.ASTMD543答案：ABCD24.在顶进施工中，为防止玻璃钢管端部压溃，可采取的措施有（）A.设置钢制传力环  B.增加管端厚度C.降低顶进速度  D.采用二次注浆答案：ABC25.关于双壁缠绕增强塑料管（SRTP）描述正确的有（）A.增强层为高强度钢带  B.内外壁为PE100C.可生产DN2000mm  D.采用电热熔带连接答案：BCD26.下列属于复合材料管“长期静水压设计应力”HDS所需考虑的因素有（）A.蠕变断裂回归曲线  B.使用温度折减系数C.环境折减系数  D.安全系数答案：ABCD27.采用有限元法计算玻璃钢管在交通荷载下变形时，需输入的参数有（）A.管土摩擦系数  B.管壁弹性模量C.土体泊松比  D.车辆冲击系数答案：ABCD28.关于玻璃纤维表面处理剂（偶联剂）作用，下列说法正确的有（）A.提高纤维与树脂界面粘结  B.改善耐水性C.提高纤维强度  D.降低孔隙率答案：ABD29.下列属于新型复合材料排水管现场快速修补技术的有（）A.紫外光固化贴片  B.环氧玻璃钢手糊C.不锈钢套筒+注浆  D.热熔挤出焊接答案：ABC30.在生命周期评价（LCA）中，影响复合材料排水管环境负荷的阶段包括（）A.原材料获取  B.运输与施工C.使用维护  D.拆除与处置答案：ABCD三、填空题（每空1分，共20分）31.在ASTMD2992标准中，测定热固性管长期静水压强度时，至少需______个不同应力水平的蠕变爆破试验数据点，回归外推时间不低于______小时。答案：4；1000032.玻璃钢管环刚度计算公式S=EI/D³中，EI表示______，D表示______。答案：管壁单位长度的环向弯曲刚度；管道平均直径33.采用不饱和聚酯树脂制作玻璃钢管，其固化放热峰温度一般控制在______℃以下，以防止______。答案：140；热裂纹34.在顶管施工中，玻璃钢管允许顶力计算公式F=α·fc·Ap中，α为______系数，fc为______强度设计值。答案：纵向压缩强度折减；混凝土或树脂砂浆35.用于排水管道的环氧乙烯基酯树脂，其浇铸体拉伸弹性模量约为______GPa，断裂伸长率约为______%。答案：3.2；4.536.紫外光固化CIPP内衬厚度设计采用部分椭圆模型，所需厚度t与管道直径D、设计压力P、材料短期弯曲强度σ的关系式为t≥______。答案：P·D/(2σ)37.在ISO1393中，测定玻璃钢管初始环向拉伸强度时，试样宽度为______mm，加载速度为______mm/min。答案：25；538.某玻璃钢管外径1200mm，壁厚24mm，则其径厚比为______，属于______管。答案：50；薄壁39.采用GB/T5352进行短时水压失效试验时，试验水温应保持在______℃，升压速率不超过______MPa/min。答案：23；0.540.在生命周期成本（LCC）分析中，复合材料管由于______低，通常其______成本优于球墨铸铁管。答案：维护；总现值四、简答题（每题8分，共40分）41.简述玻璃纤维增强塑料夹砂管（RPMP）三层结构及各层功能。答案：内衬层：防渗、耐腐，富树脂层厚度≥1.2mm；结构层：玻璃纤维缠绕+石英砂，提供环刚度与强度，占总厚80%；外保护层：抗老化、抗机械损伤，含UV吸收剂。三层协同，实现轻质高强耐腐蚀。42.说明紫外光固化CIPP修复工艺中“拉入—充气—固化—冷却”四阶段关键参数。答案：拉入：速度0.5–1.0m/s，牵引力<5kN；充气：压力0.2–0.3bar，保持内衬贴壁；固化：紫外灯链行进速度0.8–1.2m/min，灯功率≥1000W，表面温度控制在80–90℃；冷却：自然冷却至40℃以下，时间≥30min，防止热收缩。43.列举并解释影响玻璃钢管长期蠕变比率的三个主要材料因素。答案：1.树脂固化度：固化度低，交联密度下降，链段滑移增加，蠕变大；2.纤维体积分数：Vf低，荷载更多由树脂承担，蠕变显著；3.界面强度：偶联剂不足导致界面脱粘，应力重新分布，蠕变速率增加。44.对比分析玻璃钢管与HDPE双壁波纹管在海水排放工程中的适用性。答案：耐腐蚀：玻璃钢管耐海水、氯离子远优于HDPE；强度：玻璃钢管环刚度可达SN10000，HDPE一般SN8，埋深受限；接口：玻璃钢管承插柔性好，HDPE电热熔抗沉降差；寿命：玻璃钢管50年蠕变断裂回归保证，HDPE耐紫外线需加炭黑；施工：玻璃钢管重量轻于钢管但高于HDPE，需防层间剪切；综合：大口径、高埋深、高腐蚀海水排放优先玻璃钢管，小口径、低埋深可用HDPE。45.说明采用红外热像法检测玻璃钢管分层缺陷的原理、步骤与局限性。答案：原理：外部热源激励，分层区域热阻大，表面温度异常高；步骤：1.清洁表面，2.卤素灯加热5–10s，3.红外镜头采集序列热图，4.软件反演深度与面积；局限性：只能检测近表面（<5mm）分层，对垂直裂纹不敏感，需表面发射率校正，阳光直射环境干扰大。五、计算题（共30分）46.（10分）某DN1000mm玻璃钢管，环刚度SN5000，埋深4m，土重度γ=18kN/m³，地面车辆荷载q=10kN/m²，采用Spangler公式计算管顶垂直土压力，并验算变形量是否满足5%D限值。（已知：bedding常数K=0.1，管土综合弹性模量E′=10MPa，泊松比μ=0.35，荷载组合系数取1.4）答案：1.土压力：σs=γH=18×4=72kN/m²；2.总垂直压力：σ=σs+q=72+10=82kN/m²；3.变形量ΔD=(K·σ·D³)/(8·SN·D+0.061·E′·D²)=(0.1×82×1³)/(8×5000×1+0.061×10×10³×1²)=8.2/(40000+610)=0.000202m=2.02mm；4.相对变形：2.02/1000=0.202%<5%，满足要求。47.（10分）某紫外光固化CIPP内衬设计压力P=0.15MPa，管径D=800mm，材料短期弯曲强度σ=45MPa，取安全系数C=2.0，计算最小设计厚度t，并校核实际选用6mm是否安全。答案：t≥P·D·C/(2σ)=0.15×800×2/(2×45)=2.67mm；6mm>2.67mm，安全。48.（10分）某玻璃钢管初始环向拉伸强度为180MPa，50年回归得到强度保持率为65%，设计水压0.8MPa，管径DN1200mm，壁厚20mm，求安全系数。（提示：环向应力σh=P·D/(2t)）答案：σh=0.8×1200/(2×20)=24MPa；长期强度=180×0.65=117MPa；安全系数=117/24=4.9。六、综合应用题（共30分）49.（15分）某沿海城市拟建DN1800mm排污总管，全长12km，埋深8–12m，地下水位高，氯离子浓度15g/L，硫酸盐浓度2000mg/L，地震烈度8度，地面沉降速率5mm/年。请从材料选择、结构计算、连接方式、防腐蚀、抗震、沉降适应、施工方法、监测维护八个方面提出技术方案，并给出依据。答案：材料：环氧乙烯基酯树脂+ECR玻璃纤维+石英砂，耐氯离子、硫酸盐，树脂浇铸体浸泡90d强度保持率≥80%（ASTMC581）。结构：环刚度SN10000，按GB/T21238设计，壁厚42mm，径厚比43，满足8m埋深；有限元校核最大变形2.8%D。连接：承插双“O”型EPDM密封，允许转角1.5°，适应沉降；接口抗拔力≥0.1MPa。防腐：内衬层树脂含量>70%，外壁加0.5mm富树脂层+UV吸收剂+表面毡。抗震：接口允许轴向位移20mm，采用柔性接口，按GB50332进行地震变形验算，满足8度区。沉降：每30m设柔性接口，局部包封C20混凝土垫层，宽度1.5D，厚度0.3m。施工：顶管+中继间，顶力≤8MN，管端设钢套环，注浆减摩；分段长度800m。监测：分布式光纤应变监测，沿管顶120°布置，实时传输至云端，预警阈值±0.3%应变；CCTV内检每5年一次。50.（15分）某老城区DN600