考虑冻土与结构相互作用的梯形渠道冻胀破坏弹性地基梁模型

假定渠基冻土为服从Winkler假设的弹性地基,提出一种针对开放系统混凝土梯形渠道的衬砌冻胀力分布计算方法。基于弹性地基梁理论引入与冻胀变形成比例的附加项来反映衬砌冻胀变形引起的冻胀力释放和削减,导出考虑冻土与衬砌结构耦合作用的冻土地基梁挠曲线微分方程。基于此,对现浇混凝土梯形渠道底板和坡板分别建立冻胀模型,并结合边界条件对方程求解获得渠道底板和坡板挠度和内力的解析表达式,进而建立了基于衬砌冻胀位移计算的渠道衬砌冻胀破坏判断准则。以新疆塔里木灌区某梯形渠道为原型,对衬砌各点冻胀位移进行了计算,并与材料力学方法的计算结果及原型观测值进行了对比分析。结果表明,本文方法由于考虑了衬砌冻胀变形引起的冻胀力释放和削减,冻胀位移计算结果均较材料力学方法小,且与观测值更加符合。研究结果可为现浇混凝土梯形渠道的抗冻胀设计提供参考和理论依据。     

基于有限元的混凝土衬砌渠道冻胀性能研究

冻害分析及防治研究是混凝土衬砌渠道设计和运行管理研究的一个重要课题。本文在分析了影响混凝土衬砌渠道冻胀特性的土质条件、水分条件等因素后,结合有限元技术,对一大U形混凝土衬砌渠道进行建模仿真,通过将数值模拟仿真结果与实际特性相比较,验证了有限元技术在渠道冻胀研究方面的可行性和准确性。     

东港地区衬砌渠道冻胀有限元数值模拟研究

严寒地区的混凝土衬砌渠道渠基土冻胀作用常引起混凝土开裂,甚至产生隆起破坏,造成渠道渗漏,使灌区灌溉用水浪费严重。结合辽宁东港地区不同形式衬砌渠道结构的原位观测试验,应用ANSYS有限元软件,对苯板和非苯板衬砌渠道试验段进行了温度、应力和应变数值模拟分析。结果表明:将冻土视为横观各向同性线弹性材料,符合冻土的力学本构特性,既能反映冻土冻胀时的变形和应力分布规律,又与实测情况吻合良好。苯板衬砌渠道的设计,可解决东港水稻灌区地下水位高、现有混凝土渠道衬砌抗冻胀性能差、混凝土易裂、破损率高等问题。     

大U形混凝土衬砌渠道冻胀破坏数值模拟

视冻土为横观各向同性线弹性材料,将渠基冻土和渠道作为一个整体,应用大型有限元通用软件ANSYS,按有限元法大体积超静定结构温度应力计算方法,对大U形混凝土村砌渠道冻胀进行热应力间接耦合数值模拟,计算渠道的温度场、变形场和应力场,分析渠道冻胀受力和变形规律.结果能较好地反映大U形混凝土衬砌渠道的冻胀机理和冻胀温度场、应力场及变形场的基本规律,方法通用且过程简捷,可用于大U形混凝土衬砌渠道抗冻胀设计中.     

基于有限元的混凝土衬砌渠道冻胀性能研究

冻害分析及防治研究是混凝土衬砌渠道设计和运行管理研究的一个重要课题,尤其是在地下水位较高的冬季,受外部日照热辐射以及周期性低高温交叉变化的反复作用下,渠道混凝土衬砌面发生冻胀破坏现象尤为严重。本文在分析了影响混凝土衬砌渠道冻胀特性的土质条件、水分条件等因素后,结合有限元技术,对一大U形混凝土衬砌渠道进行建模仿真,通过数值模拟仿真结果与实际特性相比较,验证了有限元技术在渠道冻胀研究方面的可行性和准确性。     

基于双K断裂准则的U形混凝土衬砌渠道冻胀破坏力学模型研究

为探讨U形渠道衬砌的冻胀断裂力学模型,采用有限元软件简化模拟混凝土衬砌板初始裂缝扩展,并结合线弹性断裂力学的双应力强度因子的混凝土双K断裂破坏准则,建立了冻胀力与冻结力共同作用下的U形渠道混凝土衬砌板冻胀断裂力学模型。根据混凝土双K断裂准则与冻胀条件下的混凝土衬砌力学模型,计算了U形渠道各部位混凝土衬砌板在初始裂缝扩展情况下,混凝土衬砌板冻胀断裂破坏的临界厚度。通过实例计算,验证了此双K断裂准则下的混凝土渠道衬砌冻胀力学模型具有一定的实际应用价值,为以后的U形混凝土衬砌渠道抗冻胀设计提供了合理的理论参考。     

京密引水渠龙山所管段渠道混凝土衬砌板冻胀分析

京密引水渠:A2005年开始渠道低水位运行,平均水深1.5m,低于冬季输水设计水深(1.0～1.2)m,造成部分现浇混凝土板冻胀隆起、断裂、滑落.从2005年至2006年冬季输水结束,渠道阴坡现浇混凝土板破损长度1万6878m,占龙山所管段渠道总长度的45.57%;阳坡现浇混凝土板破损长度4753m,占龙山所管段渠道总长度的12.83%.针对渠道衬砌破坏现状,结合京密引水渠一期技术改造工程设计方案、渠道混凝土衬砌冻胀破坏现状,冻胀观测情况,以及对渠道在冬季低水位运行时,部分混凝土衬砌板冻胀破坏情况从设计、管理运行等方面进行分析,并总结经验教训.     

考虑接触行为的U型渠道冻胀数值模拟

U型衬砌渠道具有良好的整体性和冻胀适应性,但在冬季仍极易因土体冻胀而导致破坏。考虑渠基冻土与衬砌接触面冻结的非线性特性和冻土、混凝土材料的塑性特征,建立能分析渠道基土与衬砌间挤压、脱开及滑移等接触力学行为的渠道冻胀破坏热力耦合数值模型。以宝鸡峡灌区塬下北干渠为原型渠道,按照模型是否考虑接触分别进行冻胀数值模拟,并对模拟结果进行对比分析。结果表明:考虑接触的模型模拟结果与原型实测值更相符,更能合理地解释U型渠道冻胀在渠底与阴坡衔接处冻胀量最小;考虑接触的混凝土塑性应变最大值是不考虑接触时的3.76倍;考虑接触的法向冻胀力和切向冻结力更均匀,最大值均减少1.5~3.0倍,应力集中现象减弱,更能反映混凝土衬砌板与渠基土之间的滑移变形与破坏准则的相互作用。研究结果为U型衬砌渠道冻胀破坏规律提供了分析方法。     

纵缝削减混凝土衬砌渠道冻胀效果模拟分析

渠道冻胀影响因素主要包括水分、温度和基础土质等,3种因素相互作用。为了解渠道分缝对削减冻胀破坏效果,结合新疆下东岸干渠混凝土衬砌渠道工程,在分析渠道冻胀主要影响因素基础上,通过数值模拟,从变形场变化、应力场变化等情况,分别阐述分析了坡板设纵缝、渠底设纵缝对削减混凝土衬砌渠道冻胀效果。     

山东聊城位山灌区干渠防渗工程设计分析

为提升位山灌区干渠防渗效果,现对已有结构进行衬砌改造,结合灌区实际概况,选择渠道断面形式和衬砌方案,并采用数值模拟方法获取渠道冻胀结果,提出相关的处理措施。通过分析,选择梯形断面作为渠道断面型式,采用M10砂浆砌筑预制混凝土板+土工布衬砌方案;渠道衬砌结构最大冻胀变形量可达5.4 mm,渠坡与渠底接触部位为冻胀应力最大区域,提出采用设置伸缩缝的方式降低冻胀的影响。