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。     

整体式U形渠道混凝土衬砌结构冻胀破坏力学模型

通过对整体式小型U形混凝土衬砌渠道冻胀破坏特征及原因分析,将结构简化为在法向冻胀力、法向冻结力、切向冻结力和重力共同作用下的超静定两铰拱,应用结构力学原理求解出衬砌板的冻胀力及内力图,结合混凝土板抗裂条件,给出了最大拉应力、衬砌板厚和抗冻胀破坏验算的公式,并对整体式与两拼式U形衬砌板冻胀效应进行了比对。结果表明,整体式U形混凝土衬砌渠道由于具有冻胀变形均匀、法向冻胀力小、抗冻胀能力强等特点,优于传统的两拼式U形渠道断面。     

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。     

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。     

Pasternak冻土地基梯形渠道冻胀变形与内力计算

为克服现有Winkler模型未考虑渠基冻土连续性的不足,引入Pasternak剪切层描述独立土弹簧间的相互作用,进而提出Pasternak冻土地基上梯形渠道冻胀力学分析方法。对基土均匀冻胀且无顶盖板约束的梯形渠道导出接触面法向应力、衬砌板冻胀位移及截面内力分布的解析式。以甘肃省某梯形渠道为例,应用本文模型和Winkler模型计算各衬砌板冻胀位移分布及接触面法向应力分布,并结合观测值进行了对比。结果表明：本文模型计算结果与观测值符合良好,且相比Winkler模型计算结果更接近观测值,能更加准确地反映衬砌冻胀位移分布规律,表明模型合理性。该模型能较好地体现法向冻胀力随衬砌冻胀变形的释放与衰减;法向冻胀力作用于坡板中下部且呈非线性、差异分布;中上部有脱开、翘起趋势而受法向冻结力作用;底板则只受法向冻胀力作用。研究结果可为梯形渠道抗冻胀设计提供参考。     

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。     

寒旱区梯形渠道衬砌冻胀破坏数值模拟

针对刚性衬砌渠道冻胀破坏问题,选取宁夏盐环定扬黄灌区衬砌渠道为研究对象,在考虑相变及水分迁移模型基础上,考虑高地下水位对冻胀的影响,建立考虑水分迁移及地下水影响的数学物理模型,并采用Comsol Mutiphysics有限元软件对梯形渠道混凝土衬砌进行冻胀数值模拟,分别从温度场、位移场和应力场对刚性衬砌渠道冻胀破坏等方面进行了研究分析。结果表明:阴坡、阳坡冻胀量较大,渠底较小,渠底中部、渠坡1/3坡板长度处冻胀量分别达到最大值。渠底中部的法向冻胀力较小,两边逐渐增大,阴坡、阳坡的法向冻胀力分布均匀;渠底的切向冻结力成线性分布。阴坡、阳坡靠近坡脚处切向冻结力较大,左、右两端坡顶处切向冻结力较小,渠底衬砌板和两侧衬砌板属于压弯组合变形构件。     

梯形渠道混凝土衬砌冻胀破坏的力学模型探讨

通过对梯形渠道混凝土衬砌冻胀破坏特征的分析及总结前人的相关研究成果,提出合理的简化和假设,并在此基础上建立了一种梯形渠道混凝土衬砌冻胀破坏的力学模型。通过该模型可计算渠道坡板和底板的各控制内力及应力,并估计可能发生胀裂的位置,提出了对渠坡衬砌板所受法向冻结力的计算方法。     

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。     

大U形混凝土衬砌渠道冻胀破坏的力学模型探讨

通过对U形混凝土衬砌渠道冻胀破坏机理的分析,提出了U形混凝土衬砌渠道冻胀破坏的力学模型,并解出了渠坡直线段和圆弧段控制内力及最大拉应力,结合混凝土板抗裂条件给出了冻胀力、胀裂部位、冻胀抗裂衬砌板厚度及抗冻胀破坏验算的一系列计算方法.     

东北季冻区灌渠渠底土冻胀力影响因素分析

为研究东北寒区频发的渠道冻胀问题,针对黑龙江北安二龙山农场灌渠渠底冻胀情况,将其简化为一维冻胀模型,设计并制作了符合一维冻胀工况的试验装置,采用正交试验方法对影响渠底土冻胀力的因素进行分析,结果表明:平均冻胀温度是最主要的影响因素,冻胀力随温度的降低而升高,且在-40℃时(其他因素不变)法向冻胀力最大,为1.49MPa;含水率影响也比较显著,冻胀力随含水率增大而升高,但当含水率超过18%时冻胀力略有下降,含水率为18%时(其他因素不变)冻胀力最大,为1.45 MPa;当含水率为14%、平均冻胀温度为-40℃、预加压力为1 kN、土样孔隙率为62%时,冻胀力最大,冻胀最明显。     

贝壳垃圾透水植生混凝土抗冻性能研究

为研究我国北方沿海不同贝壳垃圾透水混凝土的抗冻性能,选取秦皇岛海域生长的贝壳,对其制备的透水植生混凝土进行了研究。采用慢冻法,以质量损失率、强度等评价指标,结合扫描电镜(SEM)、背散射电子成像(BSE)等微观试验,分别研究了厨余牡蛎垃圾、工厂牡蛎垃圾、厨余扇贝垃圾、工厂扇贝垃圾所制备透水混凝土的冻融耐久性。结果表明:工厂垃圾相对厨余垃圾具有更好的抗冻融性能和强度;掺入硅灰可降低碱度,显著提高抗压强度,但对抗冻融性能的提高有限,经微观分析与多因素比对,确定硅灰掺量为5%;扇贝垃圾制备的透水混凝土,其抗冻融耐久性优于牡蛎垃圾透水混凝土,扇贝壳微观致密的表层结构为其抗冻性能提供了积极作用。     

我国渠道冻胀防治综述

渠道冻胀及其防治问题是我国北方渠道防渗技术中的一个重要问题，近十余年来随着渠道防渗技术的发展，对这一问题的研究愈加深入。本文总结了近年来关于渠道冻胀基本规律的研究成果及渠道冻胀防治的各种措施，指出目前研究工作中的一些不足与今后应进一步开展研究的若于问题。     

U形断面抗冻胀能力优越性分析

我国北方冻害地区的渠道防渗工程由于冻害使其寿命缩短、效益降低、甚至造成滑塌等事故,损失严重。本文从分析土的冻胀机理着手,重点从力学角度认识U形断面的结构特点,并通过大量试验和实际应用表明U形断面在抵抗冻胀力方面优于其他断面形式。     

稻壳混凝土抗冻性能研究

依据"快冻法",研究了粉煤灰掺量、稻壳掺量和水灰比对稻壳混凝土抗冻性的影响.结果表明:稻壳掺量为10%和8.6%、粉煤灰掺量为17%～20%时稻壳混凝士具有良好抗冻性;随水灰比的增大,抗冻性能变差;水灰比在0.4～0.43范围内时其抗冻性能最好,此外影响稻壳混凝土抗冻性的影响因素顺序为稻壳掺量>粉煤灰掺量>水灰比.     

水工建筑物的冻害防治

东北地区季节冻土会引起土中应力发生变化，从而产生冻胀作用，致使大量水利工程设施遭受到不同程度的变形破坏，其危害性已远远超过了其它任何原因所造成的工程破坏。了解各类建筑物受冻害的特征、原因，采取积极有效的防治措施：利用各种保温材料；吸取国内外先进防冻技术；施工中加强抗冻质量控制；设计上利用科学的理论；方案优先选取抗冻性好的结构，同时不断总结以往的防治冻害经验并全部付诸实施。     

浅谈高水位中粗砂地层的成孔经验

松花江过江索道基础施工中，钻孔灌注桩部分是在水位不断上涨的汛期完成的。根据以上施工情况从三个方面探讨高水位、中粗砂地层中钻孔桩的成孔经验。(1)护筒顶标高的确定是关键环节，护筒刃脚打入河底深度必须满足要求；(2)泥浆制备必须符合要求；(3)钻孔与清孔中应注意的事项。     

浅谈路基翻浆的原因及治理对策

路基发生翻浆不仅破坏路面,妨碍行车,严重的还会中断交通。分析路基翻浆,介绍不同翻浆原因和类型及其治理方法,以及不同季节的养护措施。     

寒冷地区水工混凝土的冻害及防治对策

以实际工程为例,从混凝土内在质量即配合比本身和施工中人为因素两方面分析混凝土冻害原因,并针对混凝土配合比和施工过程如何提高寒冷地区水工混凝土抗冻性进行了论述,为偏远地区水利工程混凝土施工中防冻提供借鉴。