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本文以重庆灰岩隧道作为研究对象,首先对重庆地区大量隧道排水管道结晶现状进行调查,并现场采集结晶试样和水样,开展室内测试分析;其次,根据分析结果及相关理论对隧道排水管道中的结晶条件、过程及化学反应进行分析;最后,建立固液界面模型和固固界面模型,开展分子动力学模拟对隧道排水管管壁结晶微观机理进行分析。主要研究成果如下:(1)通过对结晶堵管物成分分析可知,其主要化学成分是CaCO3,矿物形式为方解石。水样分析表明其主要包含的离子有:Ca2+、Mg2+、Na+、K+、Cl-、SO42-、CO32-、HCO3-和OH-。水样具有较高的总硬度,排水管道内可能出现结晶现象;当pH大于11时,水溶液中C元素的主要存在形式是CO2-当pH小于8时,水溶液中C元素的主要存在形式是HCO3-。(2)从结晶的条件、过程以及化学反应可知,灰岩地区隧道排水管道结晶物主要化学成分是CaCO3。通过对排水管结晶速率的分析表明,管壁处的结晶速率主要受温度、Ca2+浓度和CO32-浓度或者HCO3-浓度以及杂质离子(Mg2+和SO42-)的影响。水溶液中结晶物的沉积速率除了受温度、成垢离子浓度影响外,还要受到水的流速影响,且水的流速越快,方解石沉积的速率越大。(3)随着温度的升高,水分子自扩散系数增大。水分子的活性增强,钙离子和碳酸根等离子的接触概率降低,因此,在一定程度上,温度的增加会能够抑制晶体的生长。当温度为283K～308K的范围内,钙离子和碳酸根的自扩散系数随温度的增加先减小再增加,然后再减小。在T=303K时钙离子和碳酸根离子的自扩散系数均达到最大值。此时两种离子的活性较大,易发生反应生成离子对,在一定条件下,形成结晶物;水溶液体系中Ca2+与水分子中O原子之间可能形成化学键,会影响水溶液Ca2+与CO32-的结合,使结晶变缓。温度为308K时的径向分布函数的最大峰值最大,此时Ca2+与水分子中O形成离子键的概率最大,即Ca2+的水合度最大,结晶最缓。PVC与成垢离子(Ca2+和CO32-)溶液体系以及方解石间的相互作用较弱。(4)分别建立了方解石(1-10)晶面和(104)晶面与PVC的界面模型,通过分子动力学模拟表明:纯方解石晶体与PVC管间的结合能极小;方解石(104)晶面与PVC之间的结合能比方解石(1-10)晶面与PVC之间的结合能大,即方解石(104)晶面更容易与PVC相结合。