冻土地区水电工程衬砌渠道及建筑物冻胀破坏的因素及防范措施

我国冬季冻土地区主要分布在西北、华北及东北地区，面积约513．7万km^2，占国土面积的53．5％。近几年来，国家加大了对冻土地区水利工程的配套、建设和治理力度，由于平均气温都在-10℃以下，最大的冻土深度在0．8～18m之间，冰冻期长达4个月之久，因此，水电工程衬砌渠道受建筑物冻胀破坏是冻土地区普遍存存的问题，经调查，其中有12％遭受严重冻胀破坏。     

大庆地区给水管道合理埋深的数值研究

大庆地区村镇给水管道冬季运行时常发生冻胀危害,为此提出了一种PPR-PVC管道浅埋外加保温层的综合防冻胀技术。为更好地确定采用该技术的管道最佳埋深,首先通过数值计算和实测结果的对比分析研究土壤的冻胀性参数;利用Matlab软件,建立给水管道与周围土壤非稳态传热物理模型,分别模拟了不同埋深处管道周围的土壤温度场,通过对比分析得到了大庆地区采用DN50的PPR-PVC新型保温给水管道的最佳浅埋深度为1.5 m,此处管道受到大气温度扰动小,融化圈范围大,土壤的冻胀性较弱。在考虑水分迁移和冰水相变因素影响下,通过模拟认为埋深在1.5m的PPR-PVC给水管道运行是安全可靠的。     

祥古电站低压管道设计

地处高寒地萄引水式电站，用于气候寒冷，冬季运行有诸多不便之处，特别是动力渠道结冰及水中的絮状冰花常使电站无法正常工作。针对这一问题，在禅古电站工程中决定采用钢筋混凝土低奔放管道作为输水建筑物。分析了低压管道的优缺点，阐明了低压管道的设计方法。该工程低压管道用圆形断面，管顶上覆盖松散土保温，从而消除了明渠结冰现象，减轻了冻胀危害，保证水站在冬季正常运行。     

禅古电站低压管道设计

地处高寒地区的引水式电站,由于气候寒冷,冬季运行有诸多不便之处。特别是动力渠道结冰及水中的絮状冰花常使电站无法正常工作。针对这一问题,在禅古电站工程中决定采用钢筋混凝土低压管道作为输水建筑物。分析了低压管道的优缺点,阐明了低压管道的设计方法。试工程低压管道采用圆形断面,管顶上覆盖松散土保温,从而消除了明渠结冰现象,减轻了冻胀危害,保证水电站在冬季正常运行。     

引黄济青青岛段冬季输水的主要问题及对策

引黄济青青岛段冬季输水的主要问题及对策汪于鸿，元文珂，于忠华，王化坤（省引黄济青管理局青岛分局）（胶州管理处）１问题的提出引黄济青冬季冰冻期输水是对引黄济青工程设计、施工质量的检验；也是利用原设计留有冰冻期不输水的余地，在黄河可引水的条件下，挖掘工程...     

浅谈三干渠冻胀破坏的原因

在北方地区冬季寒冷，易造成混凝土的冻胀破坏，本文阐述了博河流域三干渠产生冻胀破坏的原因。     

新疆柳沟灌区南干渠抗冻胀计算及防冻胀材料的选择

新疆柳沟灌区属于季节性冻土地区,该区冬季衬砌渠道冻胀破坏相当严重,冬季能否正常引水,关键看是否有正确的抗冻胀计算和切实可行的防冻胀措施。文中根据《渠系工程抗冻胀设计规范》,在当地的水文地质和工程地质条件下,通过抗冻胀计算,从适应冻胀、回避冻胀、削减冻胀等角度,选择切实可行的防冻胀材料,以达到满意的工程使用效果。     

高寒区输水渠道渠基蓄热增温防冻胀技术原型试验

冬季输水渠道衬砌板在基土冻胀和冰压力双重作用下,在行水位及其上部易发生开裂、折断等破坏,目前还未有利用太阳能或风能等绿色能源进行渠基主动、低碳增温的防冻胀技术。为此,研发了由抛物面聚光槽、集热管、太阳追踪器、散热通道、碎石槽蓄热体与散热空气循环风机组成的渠基风光能蓄热增温系统,其散热通道采用紧贴渠坡衬砌布置和碎石槽底部布置两种形式。通过北疆某渠道工程的现场安装与温度监测,分析了该技术的增温效果与适用性。结果表明:渠基风光能蓄热增温系统可有效提升土温,削减冻深,具有良好的工程防冻胀应用效果,可为寒区渠道冬季输水以及渠道升级改造提供技术支撑。     

英尔力克干渠渠道冻胀优化设计

英尔力克干渠冬季气温均在0℃以下。针对寒冷地区渠床地基土冻胀破坏问题，结合近年渠道水工建筑物抗冻技术的研究成果，根据0＋000~4＋310段工程区特性，详细分析了英尔力克干渠渠道的抗冻胀优化设计方案和切实可行的抗冻胀措施。     

冻胀对渠道及建筑物的影响及防治

在我国华北、西北和东北地区存在着大面积的冬季冻土地层,由于冻土深度在0.8~18m之间,冻土期长达4个多月,在水电工程中涉及到的渠道和建筑物遭受冻胀破坏是这些地区的普遍现象。作为新疆雅玛渡水电站运水主力的南岸干渠巩留渠道,每年的12月到次年2月,为这一地区的冻土时期,在这个阶段,巩留渠道供水流量40~74 m3/s(含排冰流量),对雅玛渡水电站的冬季正常运营影响巨大。因为水流渠道和建筑物造成冬季冻胀影响,每年在水电站的维护上投入了大量的人力物力,如何有效的采取措施合理、经济的解决冻胀破坏问题,对整个发电站和人民的正常生产生活意义重大,本文通过对冻胀破坏的原理进行分析,探讨解决冻胀破坏的防止办法,从而使雅玛渡水电站可以更好地为人民服务。     

盐环定扬水干渠冻胀原型试验观测与防治措施

针对陕甘宁盐环定扬黄工程三道井干渠破坏严重问题,布设6个冻胀观测断面,通过气温、地温、冻深、冻胀量、基土含水率等主要指标观测,分析了各影响因素的变化过程和变化规律,提出渠道坡脚和渠底是冻胀变形最为严重的部位,应重点进行防护;基土含水率是冻胀破坏的决定性因素,减轻渠道冻害关键在于降低基土含水率。根据试验结果,提出三道井干渠在更新改造时采用聚苯乙烯板的保温防冻胀措施,在冻胀破坏最为严重的坡脚部位采用20 cm厚现浇混凝土弧形坡脚+5 cm厚聚苯乙烯板,全断面采用0.3 mm厚复合土工膜防渗以减少渗漏引起的基土含水率升高等措施,并付诸实施,效果显著。     

内蒙古丰泰电厂贮灰坝面板治理研究

在我国北方地区许多燃煤发电厂的贮灰坝为粉煤灰坝体,在冬季运行期间,由于低温在坝内形成冰层,经常发生冰层冻胀并挤压灰坝混凝土护坡面板,导致面板滑移和土工布开裂。当气温回升时,风浪通过破裂的土工布迅速淘蚀灰坝内的粉煤灰,使坝体发生严重的坍塌破坏。为解决生产及工程实际难题,作者分析了灰坝面板材料的病害成因、与冰层间的冻结特性,对修补技术及修补材料进行了研究与对比,提出了采用PVC卷材覆盖面板的方法,可避免混凝土护坡面板被挤压受损。2006年3月,结合内蒙古丰泰电厂贮灰场近200m长遭到严重损坏的坝段,进行了修复试验。试验选用了PVC卷材覆盖面板,经当年冬季观察,起到了抗冰层冻胀挤压作用。经3年的运行,坝体及面板未出现冻胀损坏现象,贮灰场运转正常。实践证明这项技术是成功的,可用于寒冷地区粉煤灰坝及其它水工混凝土面板的保护。     

齐齐哈尔地区粉质黏土冻胀特性试验研究

黑龙江省受寒冬负温影响,容易引起渠道渗漏、地基下陷、轨道不顺等问题,这增加了工程建设难度。为解决实际问题,以齐齐哈尔地区粉质黏土为研究对象,进行封闭系统下的人工冻结试验,对冻胀试验数据进行分析,研究不同含水率、干密度、冷端温度及冻结速率条件下土体的冻结过程及冻胀率的变化规律。试验结果表明:冻胀率在含水率高、干密度大、冷端温度低、冻结速率低的条件下,土体冻胀现象更为显著,且冻胀率与4个因素相关性较好。冻胀正交分析结果表明:冷端温度对冻胀率的影响程度最弱,干密度较强,含水率的影响最为剧烈。采用SPSS统计分析软件,建立含水率、干密度和冷端温度三因素综合影响下的冻胀率多元线性回归模型,模型拟合效果好、可信度高、精度高,满足实际需求,操作简便,可用于粉质黏土的相关计算和预测。     

季节性冻土区路基土体冻胀影响因素灰色关联分析

以整治青藏铁路环青海湖段季节性冻土区路基冻害为背景,通过现场采集典型分布的粉质黏土,考虑温度、含水率、含盐量(质量分数)、压实度四个因素,进行室内冻胀正交试验,测试了不同温度环境下路基土体的冻胀率,进行正交试验的极差分析和方差分析,建立灰色关联度分析模型,分析各因素对冻胀影响的主次关系。结果表明,正交试验分析和灰色关联度分析所得规律一致,影响冻胀因素由主到次依次为温度、含盐量、含水率和压实度,因素之间的交互作用影响较小可以忽略;温度和含盐量对冻胀影响非常显著,含水率对冻胀有显著影响,压实度和其他3个因素之间的交互作用对冻胀没有显著影响。     

渠道防渗衬砌工程的冻害及防治措施简介

本文介绍了渠道衬砌工程常见的冻害现象并介绍了常规的防治措施。     

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。     

自循环水冷却冻融离心模型试验装置研制

冻融离心模型试验装置的研发在国内尚处于起步阶段。装置根据半导体单元材料的Peltier效应(帕尔贴效应)设计了安装于双层结构冻融模型箱的热交换系统,实现了离心场下的冻融温变模拟。针对离心机设备无外接冷却水的问题,采用在离心机转臂上设置了由水箱、水泵和风冷散热器组成的自循环水冷却系统,利用离心机旋转时转臂与周围空气速度差产生的高速气流带走自循环水的热量,实现了无外接水源情况下的冻融离心试验。冻融离心试验结果表明,该试验装置满足试验需求。     

考虑预制混凝土“设缝”作用的梯形渠道冻胀机制影响研究

寒区衬砌渠道输水能力下降主要是由常年冻融作用下衬砌结构发生冻胀破坏所致,针对渠道衬砌结构冻胀破坏问题提出渠坡板纵向设缝的抗冻措施与数值分析方法。本文通过将渠道衬砌板与冻土视为整体处理的方法构建混凝土衬砌渠道热力耦合冻胀模型,以甘肃省景泰灌区某混凝土衬砌渠道为研究对象,考虑不同设缝措施与纵缝填充的接触本构对3种工况进行抗冻影响因素分析。结果表明：渠底深部基本不受渠道整体几何边界的影响,但渠道边界尺寸和基土热流分布均对基土上部温度场变化具有显著影响。渠道阴坡、渠底和阳坡最大冻深分别为86.3、67.5、58.2 cm。通过合理设缝措施可使渠道阴坡法向冻胀力降低40.7%、底板冻胀量减小63.5%、切向冻胀力降低43.8%,使渠道断面冻胀分布趋于均匀,且模型分析与实测结果相符,表明本文构建模型的合理性。研究结果可为长距离输水渠道数值计算提供理论依据。     

硫酸盐渍土降温过程中的盐胀与冻胀特性

为研究降温过程中硫酸盐渍土盐胀与冻胀的内在联系,以冻结温度作为土体盐胀与冻胀的分界点,通过改变降温过程中盐渍土的水盐含量,控制盐胀与冻胀变形相对大小,开展了一系列盐渍土冻结变形试验,分析了水盐变化过程中,土体盐胀与冻胀的变化规律。结果表明降温过程中的盐胀与冻胀存在叠加效应,即总变形与总结晶体积之间不满足正相关关系,总变形受盐胀与冻胀强弱关系的影响,满足盐胀与冻胀的均势规律,即在盐胀变形与冻胀变形相等时,盐、冻胀总变形最小,总变形与盐胀比之间满足“M”形变化规律。研究结果对深入理解盐、冻胀变形的机理,建立盐、冻胀变形计算模型,以及开展盐、冻胀变形病害防治具有积极意义。