渠道冻胀模拟试验及衬砌结构受力分析

本文介绍了渠道冻胀模型的设计、制作和试验方法 ;提出了模型试验结果能较好地反映原型渠道的冻结、冻胀特征和规律、模型与原型的冻深、冻胀量呈线性相关 :Hp=1 .51 Hm-51 .2 1、hp=2 .0 2 hm- 3.59,冻胀强度与冻前含水量的关系式同《冻规》中的计算式吻合一致 ,采用渠道冻胀模型试验研究方法 ,认识解决渠道冻胀有关问题是可行的 ;并根据冻胀量在渠道断面上的分布情况 ,对衬砌形式进行受力分析得出 :小 U形渠、弧底梯形渠和弧形坡脚梯形渠的衬砌形式较优 ,梯形渠或大 U形渠的衬砌形式容易产生冻胀破坏     

预制混凝土矩型渠防冻胀结构冻土力学模型试验研究

针对寒冷地区渠道冻胀问题,提出不同型式的防冻胀结构。通过不同垫层结构型式下的预制混凝土矩型渠道冻土力学模型试验,研究在冻融循环作用下预制混凝土矩型渠防冻胀效果。选取两种不同结构型式的矩型渠垫层,EPS颗粒轻质土垫层及砂垫层与常规试验土垫层做比较。对矩型渠的冻胀特性、温度场、冻胀量的变化趋势进行研究,结果表明:(1)冻融循环后,模型温度场变化均匀,没有温度夹层,热量传递均匀,最大冻深发生在升温阶段。(2)随着EPS颗粒轻质土掺量的增加,对冻胀量和冻深有很好的削减效果。(3)换填砂垫层可以起到抑制冻胀破坏的作用。     

汾河灌区现浇混凝土渠道衬砌冻胀试验研究

冻胀破坏是渠道工程建设和管理的重要制约因素,对弧形坡角梯形现浇混凝土渠道冻胀过程进行原型观测试验,通过统计试验场气温、渠基土含水率和渠道观测点位移量,分析渠床冻深、刚性衬砌层变形及受力变化原因,初步探究了渠道衬砌层冻胀破坏变形的产生机理并提出了相应的建议。     

季节冻土区梯形混凝土衬砌渠道冻胀预测研究

依据热传导和质量迁移理论,建立渠基冻土温度场、水分场和应力场耦合数学模型,分析了影响季节冻土区渠基土体冻结的核心因素温度和水分运移量,提出以冻结期渠基土体温度和水分迁移量为变量,建立渠基土体冻深和冻胀量预测模型。借助于季节性冻融条件下梯形混凝土衬砌渠道原型观测成果,观测了冻结期渠基以下5 cm处土体温度以及水分迁移量,研究了季节冻融渠基温度和水分运移及其诱发的冻深发展和冻胀变形的变化。经检验,预测曲线与实测曲线基本一致,且满足误差要求,用冻结期土体温度和水分迁移量来预测冻深、冻胀的方法准确可行。     

盐渍土的冻胀特性及其对渠道的危害

本文在试验资料的基础上,对盐渍土的物理力学性质和冻胀特征,以及盐渍土的冻结冻胀机理进行了研究。并对盐渍土冻胀对渠道的危害进行了论述。本文指出,土壤的冻胀量与土壤含盐量有关,含盐量增大,冻胀量反而减小,非盐渍土的冻胀量最大。在含盐量相同的情况下,硫酸盐土冻胀量大于氯化盐土。盐渍土的冻结温度通常与土壤含水量有关,一般土温在-3～-5℃之间时,土壤冻胀量最大。此外,土壤冻胀量还与冻结速度和冻前土壤含水量有关。由于盐渍土的保湿性、可塑性低,使得其遇水后物理力学性质恶化,内坡产生冻胀,造成渠床不稳,渠道坍塌。     

聚苯乙烯泡沫板在渠道防冻胀中的运用

从经济、技术、防冻胀效果三方面论述了双塔总干渠改建工程采取的现浇C20钢筋混凝土矩形明渠、预制C20混凝土板衬砌＋砂砾石垫层弧底梯形渠、预制C20混凝土板衬砌＋聚苯乙烯泡沫板弧底梯形渠3种不同的衬砌形式,提出聚苯乙烯泡沫板在渠道防冻胀中运用的优势。     

渠道基土冻胀预报的研究

依据设有不同土质、不同地下水位、不同走向渠道的银川冻胀观测场的多年观测成果,提出了根据工程地点的地理位置、土质和冻前土壤水分或地下水位埋深,以及邻近气象站的气温或冻深资料,预报渠道各部位的冻深和冻胀量的方法、计算公式和图表。     

NE45°混凝土衬砌渠道抗冻胀设计特点

结合塔里木河流域工程实例，研究北方寒区工程地下水埋深与混凝土衬砌渠道设计冻深的关系，进行衬砌结构抗冻胀稳定计算，确定相应的抗冻胀措施。计算结果表明，渠道设计冻深随地下水埋深与基础之间垂向距离的增加而增加，但当相对距离大于2?m后设计冻深增长缓慢；设计冻深与工程区标准冻深值成正比；基础冻胀量随工程区地下水埋深与基础之间垂向距离的增加而递减；NE45°混凝土衬砌渠道阴坡冻胀量最大。     

弧底梯形复合衬砌渠道冻胀破坏力学模型及其求解

针对弧底梯形断面渠道,考虑复合土工膜和渠基土壤的摩擦力,通过分析复合衬砌渠道的冻胀破坏机理,指出弧底梯形复合衬砌渠道坡板可简化为在冻胀力、冻结力、摩擦力共同作用下的悬臂梁,整个衬砌体属于压弯组合变形结构。通过适当的假设和简化,建立了弧底梯形复合衬砌渠道冻胀破坏力学模型,分别求出渠道坡板和弧形底板内力表达式,并对衬砌板的厚度进行验算。对比混凝土渠道,加入复合土工膜后,衬砌体产生允许范围内的冻胀位移量,使渠基土壤对衬砌体的有效冻胀力和有效冻结力减小,改善了衬砌体本身的受力状态,起到防冻胀破坏的作用,揭示了复合衬砌渠道防冻胀破坏的机理;对比梯形渠道,认为弧底梯形渠道坡板与底板整体结构性更强,反拱作用明显,更有利于渠道的防冻胀破坏。     

基于不同厚度苯板结构设计对渠道衬砌的保温试验

辽宁地区的灌区每年冬天渠道都会面临渠基土冻胀问题,而冻胀程度直接决定了渠道衬砌工程的使用年限。本文通过对灌区中苯板保温渠道衬砌结构和对比结构的试验观测,获得了有关灌区渠道衬砌地温、冻深及冻胀量变化情况的相关数据,经过对比分析,得到采用不同厚度的苯板材料衬砌下对渠基土地温、冻深及冻胀量的影响,并通过试验获得了灌区渠道适宜的苯板衬砌厚度,为灌区渠道衬砌工程设计提供了参考依据。     

寒区弧底梯形衬砌渠道冻胀破坏的尺寸效应研究

为探明地下水埋深、冻深及渠深对冻土地基上弧底梯形衬砌渠道冻胀破坏的影响规律,依据毛细理论将渠道冻胀分为封闭系统、半开放系统和开放系统;基于冻土水热力三场耦合理论,利用多场耦合软件COMSOL Multiphysics模拟研究了30组不同尺寸衬砌渠道的冻胀位移场和应力场。结果表明:规范建议的衬砌厚度内,渠道规模越大越窄深、冻深越大、地下水埋深越浅,则衬砌渠道冻胀破坏越严重。封闭系统,中小型衬砌渠道为渠底中心下表面拉裂,大型渠道为渠底中心下表面和距渠顶2/3坡长处上表面拉裂;半开放系统,中小型渠道为渠底中心上表面拉裂,大型渠道为渠底中心上表面和坡脚下表面拉裂;开放系统,小型渠道为渠底中心上表面拉裂,中型渠道为坡脚上表面拉裂,大型渠道为渠底中心下表面和距渠顶2/3坡长处上表面拉裂。该研究揭示了渠道衬砌冻胀破坏的尺寸效应,对弧底梯形衬砌渠道抗冻胀设计及衬砌结构合理设缝具有指导意义和定量化参考。     

加装保温板渠道冻胀数值模拟研究

为了研究渠道冻胀的规律和破坏特征,根据现有的研究成果,结合具体渠道的工程实际,利用Ansys有限元分析软件对弧底坡脚梯形断面渠道的冻胀过程进行数值模拟分析,得出不同保温板厚度和模型的冻胀量,为工程的设计和施工等提供依据。     

宁夏灌区渠道苯板防冻胀效果及合理厚度研究

为探究聚苯乙烯保温板在宁夏引黄灌区混凝土衬砌渠道中的防冻效果以及铺设厚度,选取东西走向的秦渠和南北走向的良田渠两处典型试验段,进行了无保温板与铺设不同厚度保温板对渠道冻深影响的对比试验。通过对渠道断面不同部位测点原位冻深观测数据的分析,得到渠道阴(阳)坡坡面和渠底保温板铺设厚度及阴(阳)坡坡脚防冻衬砌结构型式、保温板厚度与渠道冻深之间的关系、不同厚度保温板削减冻深值。试验结果表明,聚苯乙烯保温板削减渠基土冻深效果明显。提出了不同走向、不同部位渠道防冻胀型式及聚苯乙烯保温板铺设厚度的建议。     

北方地区渠道冻胀防治技术研究与应用综述

本文对我国北方地区渠道冻胀防治技术的研究与应用情况进行了总结，可概括为渠道冻胀破坏的机理，渠道冻胀预报模式和渠冻胀防治措施三个方面。本文对于进行渠道冻胀破坏问题的研究和渠道防渗工程建设具有重要的参考价值。     

板缝结构对U形衬砌渠道冻胀响应的原位监测

为探索季冻区防渗衬砌渠道混凝土板缝对冻胀变形的影响,选取宁夏引黄灌区青铜峡市沙湖村高标准农田建设项目区混凝土衬砌渠道作为试验点,在同一条渠道相近渠段上对传统多拼式U形混凝土衬砌渠道的板缝结构和经过加固处理消除板缝影响的无板缝结构进行原位监测试验,并分析处理一个完整冻融周期内两种结构的冻胀量、法向冻胀力的监测数据。结果表明:在土壤温度和土壤含水率相近情况下,消除板缝影响的无板缝U形混凝土衬砌结构冻胀量均小于传统多拼式U形混凝土衬砌结构的,且前者的法向冻胀力分布更均匀。     

关于冻深与冻胀的预报问题

前言冻结过程中冻深与冻胀的定量预报．是水工建筑物及渠道防治冻船设计中的必要基础。近十余年来，我国水利工程部门抗冻胀研究取得突破性进展的标志之一．就是已从对冻结过程及一般规律的定性描述，发展到对冻结过程主要参数（冻深、冻胀量等）的定量研究。在这方面辽宁省水电科学研究所，吉林张兴等，黑龙江王建国、谢荫价等．新疆未达夫等．甘肃省水利科学研究所以及西北水科所李安国等在这方面都做了大量试验研先工作，提出了许多有价值的成果。为了满足水利部下达编制渠系工程抗冻胀设计规范（已经出版）的要求，笔者对上述成果进行了…     

弧底梯形混凝土衬砌渠道冻胀破坏力学模型研究

针对宁夏引黄灌区混凝土衬砌结构冻胀破坏严重现状,以渠基土为典型湿陷性黄土的弧底梯形砼衬砌渠道为研究对象,建立考虑法向冻结力分布的弧底梯形混凝土衬砌渠道冻胀破坏力学模型,计算最大法向冻结力、最大法向冻胀力和衬砌板内力的表达式,并对衬砌板厚度进行验算。结果表明,渠坡板法向冻结力从渠顶至坡脚位置呈线性增大分布,坡板以受剪应力为主,在自重和法向冻结力共同作用下容易产生冻胀裂缝。渠底板受两端坡板约束,以受轴向压力为主,法向冻结力呈均匀分布。     

改性PP纤维混凝土在冻土区渠道衬砌工程中的应用

影响渠道冻胀的主要因素是冻深和冻胀量.对衬砌渠道而言,设计人员应根据渠道的地质与地形条件,提出具体的抗冻胀措施,而不是单一的应用PP纤维混凝土就能解决渠道冻胀破坏问题.     

宁夏引黄灌区典型渠段苯板防冻胀试验研究

为探究聚苯乙烯保温板在宁夏引黄灌区衬砌渠道防冻胀中的应用效果,通过在典型渠段上建立试验段,设置不同位置、不同厚度聚苯乙烯保温板观测断面,进行气温、冻胀量与渠基土含水率原型观测对比试验。对试验数据分析表明:聚苯乙烯保温板能够明显减小渠道冻胀量,阴坡冻胀量大于阳坡的,渠坡顶点位置冻胀量最大,铺设聚苯乙烯保温板有改善渠基土水分迁移状况、使基土不易发生冻胀的作用。     

用混凝土衬砌U形槽渠道的设计与施工

为了减少渠道的渗漏量，提高水的利用系数，辽宁省兴城市修建了一条１６．６ｋｍ的混凝土衬砌Ｕ形槽渠道。本文详谈了混凝土衬砌Ｕ形渠道的断面设计与施工，施工中应用了Ｕ－１６０型渠疲乏衬砌机。Ｕ型混凝土渠道为薄壳反拱结构，防渗效果好，输水能力强，占地面积比梯形渠道省１／３，且抗冻胀性能好。用混凝土衬砌的Ｕ形槽渠道减少了渠道渗漏，是一项重要的节水措施，应用衬机进行渠道施工，不令施工简单效率高，而且渠道断面尺寸