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。     

苯板厚度对混凝土衬砌渠道基土冻胀的影响

为探明辽宁地区中小混凝土衬砌渠道铺设苯板的抗冻胀效果及保温机制,在开原灌区建立了冻胀试验场,对铺设不同厚度苯板渠道的含水率、冻胀量、冻深和地温变化规律进行分析,得出铺设苯板可以减小基土冻胀率的变化幅度,延缓冻胀历程,减小冻结速率的结论.该试验能够为辽宁地区中小混凝土渠道衬砌选用苯板保温提供参考.     

兴城海滨灌区衬砌渠道抗冻胀试验与数值模拟

寒区混凝土衬砌渠道因渠基土冻胀易出现渠底和渠坡混凝土面板裂缝和上台等破坏情况,从而引起渠道渗漏,水资源浪费现象.通过对辽宁兴城海滨灌区苯板衬砌渠道开展冻胀量和地温等现场观测试验,并结合有限元数值模拟对比分析,得出模拟结果与实际观测结果基本吻合的结论,为渠道工程抗冻胀设计提供了重要参考依据.     

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。     

有限元数值模拟混凝土衬砌渠道苯板保温效果研究

针对传统的均布苯板保温形式的缺陷与不足,文章对季节性冻胀渠道保温法苯板的铺设方式进行了改进,根据相关规范及冻土物理学理论,利用有限元软件对采用不同保温形式的衬砌渠道温度进行了数值模拟。结果表明不等厚苯板保温形式能够达到均布苯板的效果,同时可节省材料,降低工程的造价。     

苯板在衬砌渠道中的应用探讨

季节性冻土区的衬砌渠道容易受到冻融破坏而失去相应的防渗作用。苯板是一种良好的隔热保温材料,可以作为衬砌渠道的保温层,减小衬砌面的冻融破坏,延长衬砌渠道使用寿命。文中通过对东港灌区以及盘山灌区苯板保温试验段的跟踪观测,了解掌握苯板在渠道衬砌实际应用中的保温效果,为辽宁地区灌溉渠道衬砌选用苯板保温提供参考。     

苯板保温在混凝土衬砌渠道中的应用及数值模拟

目前聚苯乙烯板已作为渠道衬砌保温材料（苯板）被广泛使用, 但在施工时还不能科学地确定渠道不同位置的苯板铺设厚度。针对在内蒙古河套地区进行的渠道衬砌防冻胀现场试验,采用有限元分析软件ANSYS分析了不同厚度的保温板对渠系建筑物的温度场、位移场的影响,得到渠道不同位置处的冻胀量,并将其与实测数据比较,结果较为一致。通过综合分析,对重粉质壤土渠道给出了渠道不同部位合理的保温板铺设厚度,从而为渠道保温板施工提供了技术支持。     

季节性冻土区渠道衬砌防冻胀措施试验研究

针对3种衬砌结构形式的防冻胀效果进行对比试验,分析气温、地温、含水量、地下水位等观测数据后,采用土工布+碎石垫层作为衬砌保温防冻胀材料适宜在季节性冻土区灌区渠道上应用。试验结果对季节性冻土区灌区渠道结构防冻胀设计具有参考意义。     

聚苯板和聚氨酯板渠道保温防冻胀效果及经济性分析

针对用于衬砌渠道中不同保温材料防冻胀的性能,在黑龙江省蛤蟆通灌区采用现场试验方法,对聚苯板和聚氨酯板渠道保温防冻胀不同方案的渠道基土温度、冻胀量以及经济性进行了对比分析。结果表明:混凝土衬砌渠道铺设保温板后具有明显的保温防冻胀作用,可以有效地防止或减弱渠基土体冻胀的发生;在蛤蟆通灌区及其相似地区,选用不小于4cm厚的聚氨脂板或不小于8cm厚的聚苯板,可以获得理想的防冻胀效果;聚氨脂板保温性能更佳,但同等条件下造价高于聚苯板30%左右。聚苯板经济性更好,更适宜在实际工程中推广应用。     

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。