基于改进G2-CRITIC-TOPSIS模型的寒区明渠冻害风险评估

寒区明渠在冬季冻害风险高,影响工程的长期运行安全以及耐久性和稳定性,准确、合理的冻害风险评估至关重要。通过对渠道冻害特征及类型的剖析,并结合现场调研、文献研究和专家咨询,从冻害主体、自然条件、监管与防控3个维度提出15个二级指标构成评价指标体系并对指标等级进行量化。采用改进G2-CRITIC法计算主客观权重,用最小信息熵原理(MIE)进行主客观组合赋权,选取TOPSIS模型确定渠道冻害指标值,最后结合相关规范以及工程实践确定冻害风险等级。以新疆北部某工程为原型,通过现场调查选取4个典型渠段,应用该模型进行冻害风险评估并对不同渠段进行障碍度因子诊断。结果表明：各渠段均存在不同程度冻害风险,评价等级均在Ⅱ级以上,部分渠段出现严重冻害,与实际基本相符。气象、土质条件及水分补给条件所占权重较高、影响较大,是渠道冻害的关键影响因素。不同渠段应结合承灾体自身特性、自然环境状况及监管防控因素进行综合分析,采取有效措施以降低渠道工程冻害风险。本研究可为寒区渠道冻害风险评估提供科学参考和理论依据。     

接触面法-切向应力非线性分布的梯形渠道冻胀力学模型

针对开放系统下的寒区梯形渠道,考虑衬砌各点地下水补给条件的横向差异提出非线性分布法向冻胀力的计算方法,通过引入冻土与衬砌接触界面切向相互作用的Winkler假设导出非线性分布切向冻结力的计算方法,进而构建接触面法-切向应力非线性分布的梯形渠道冻胀力学模型。以塔里木灌区某梯形渠道为例,分析了不同地下水埋深w对各截面弯矩的影响规律。结果表明：地下水埋深越浅,则衬砌板截面弯矩分布的不均匀性越强,最大弯矩的量值迅速呈非线性增大,坡板危险截面位置约在距坡脚30%~42%坡板长处,底板危险截面在渠底中部附近,与调查结果相符。同时分析了顶盖板约束下不同接触面切向刚度(k_p)对各截面切向位移及切向冻结力分布的影响规律。结果表明：切向位移及切向冻结力均自坡顶向坡脚处逐渐增大,在坡顶处为零,在坡脚处达到最大值。k_p较小时,截面切向位移及切向冻结力趋于线性分布;随着k_p的增大,两者逐渐偏离线性分布,且k_p越大两者非线性分布越明显。研究结果可为寒区梯形衬砌渠道抗冻设计提供参考。