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。     

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。     

大尺度弧底梯形渠混凝土防渗板抗裂厚度试验

基于弧底梯形渠道整体现浇混凝土衬砌板原位冻胀过程监测数据,揭示了越冬期不同试验厚度衬砌板开裂在时间和空间上的差异,分析了衬砌板开裂程度与温度和板厚之间的定量关系。结果表明:衬砌板的开裂宽度与板的厚度成正比关系,裂缝宽度随衬砌板板厚的增加而变大;开裂宽度与积温的负值成正比,在冻结期随负积温的累积,衬砌板的开裂宽度变大,而在融化期则随正积温增大,裂缝宽度减小;在观测期末,裂缝残留量与板厚成正比;在试验区的气候、渠床条件下,大尺度弧底梯形渠道边坡混凝土防渗板的合理抗裂厚度为8 cm。     

寒冷地区用苯板防止渠道冻胀的试验研究

本文简要介绍了在寒冷地区采用新型保温材料－聚苯乙烯泡沫板防止衬砌渠道因渠床基土冻胀，导致混凝土板衬砌渠道破坏的实例。     

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     

可发性聚苯乙烯发泡板在博斯腾湖东泵站输水干渠的应用

博斯腾湖东泵站输水干渠工程属于新疆塔河综合治理项目,工程位于孔雀河上游,博斯腾湖西泵站以东,接博斯腾湖东泵站出水池末端,全长39．28km,渠道设计流量为45m^3／s,加大流量54m^3／s。桩号0＋000～13＋650为混凝土衬砌渠道,其中,桩号0＋000～9＋347渠底为现浇混凝土板,边坡为混凝土预制板,混凝土板下用聚苯乙烯苯板垫层防渗抗冻,9＋347～13＋550为全段面预制混凝土板衬砌,13＋550～13-650为现浇混凝土板,渠底宽20m,渠深3．11m,上口宽为30．94m;     

北方不同地域混凝土衬砌渠道聚苯乙烯泡沫板保温防冻胀适宜厚度分析

通过对北方季节性冻土地区开展混凝土衬砌渠道聚苯乙烯泡沫板保温防冻胀应用情况调查、 试验研究及计算验证,系统性地提出了北方不同地域、不同渠道走向、不同渠道流量大小、不同渠坡灌溉 渠道铺设聚苯乙烯泡沫板适宜厚度,为实际工程的设计与建设提供参考。     

双塔灌区总干渠改造方案设计

介绍了双塔总干渠3.18km改建段(CH0 000～2 980、CH4 000～4 200)的设计方案比选。CH0 000～2 980段推荐采用防冻胀性强的现浇钢筋混凝土矩形明渠方案;CH4 000～4 200段拟采用弧底梯形明渠聚苯乙烯板保温层加渗井防冻胀方案。     

弧底梯形水利渠道衬砌结构抗冻胀的有限元研究

弧底梯形水利渠道的衬砌抗冻胀能力,常常成为工程质量的薄弱点。对水利弧底梯形渠道衬砌结构开展抗冻胀有限元分析研究,以期为同类工程设计和施工应用提供技术参考。     

弧底梯形全断面混凝土衬砌机应用对比

近年来,随着各大灌区流量加大,原灌区旧渠渠道的扩建、改建施工项目逐年增加。原渠道断面形式多为梯形断面,为改善过流条件及解决渠道淤积问题,目前渠道大都设计为弧底梯形断面。传统渠道混凝土衬砌施工工艺采用滑模衬砌,在西范灌区东扩工程一级总干渠弧底梯形渠道混凝土衬砌时,施工单位自行制作了一套全断面混凝土衬砌机。对全断面混凝土衬砌机施工工艺与滑模施工工艺进行了对比,可供类似工程参考。     

梯形复合衬砌渠道冻胀破坏力学模型研究

近年来复合土工膜与混凝土板相结合的复合衬砌防渗渠道得到了广泛应用。复合土工膜是一种薄型、连续、柔软的防渗材料,其防渗特性已有大量研究成果,但对复提合衬砌渠道的力学特性还缺乏研究。针对梯形断面渠道,建立了复合土工膜混凝土衬砌渠道的冻胀破坏力学模型,提出了衬砌板内力表达式及厚度验算公式。分析梯形复合衬砌渠道冻胀破坏的影响因素,结果表明,加入复合土工膜后削减了冻土对衬砌板的切向约束力,能起到防冻胀破坏的作用。     

考虑冻土与结构相互作用的梯形渠道冻胀破坏弹性地基梁模型

假定渠基冻土为服从Winkler假设的弹性地基,提出一种针对开放系统混凝土梯形渠道的衬砌冻胀力分布计算方法。基于弹性地基梁理论引入与冻胀变形成比例的附加项来反映衬砌冻胀变形引起的冻胀力释放和削减,导出考虑冻土与衬砌结构耦合作用的冻土地基梁挠曲线微分方程。基于此,对现浇混凝土梯形渠道底板和坡板分别建立冻胀模型,并结合边界条件对方程求解获得渠道底板和坡板挠度和内力的解析表达式,进而建立了基于衬砌冻胀位移计算的渠道衬砌冻胀破坏判断准则。以新疆塔里木灌区某梯形渠道为原型,对衬砌各点冻胀位移进行了计算,并与材料力学方法的计算结果及原型观测值进行了对比分析。结果表明,本文方法由于考虑了衬砌冻胀变形引起的冻胀力释放和削减,冻胀位移计算结果均较材料力学方法小,且与观测值更加符合。研究结果可为现浇混凝土梯形渠道的抗冻胀设计提供参考和理论依据。     

大型弧底梯形渠道“适缝”防冻胀机理及应用研究

旱寒区渠道工程上预先在衬砌板易产生裂缝处顺其自然设置纵缝,以防止冻胀破坏。为探明这种纵缝设置的防冻胀机理及其最佳布设形式,基于冻土水-热-力三场耦合理论,考虑纵缝填充的接触本构及衬砌-冻土相互作用,建立了旱寒区常用的大型窄深式弧底梯形渠道冻胀仿真分析模型,以衬砌板上下表面沿周长正应力分布均匀度为一级指标,以其截面正应力满足强度要求为二级指标,对纵缝设置位置、宽度、个数及其组合削减渠道冻胀效果进行了研究。结果表明:弧底衬砌板属于薄拱结构,渠坡板为梁结构,纵缝为可移动弹性铰;纵缝位置及宽度的变化不断调整拱-梁结构的刚度及弹性铰的约束刚度,以适应基土冻胀变形,使衬砌板表面应力均匀化,从而削减冻胀;但纵缝过宽会过度削弱弧底拱效应,使弧底中心和坡板上表面及坡脚下表面拉应力过大,易导致冻胀破坏;单独设缝时坡脚位置设缝防冻胀效果最好,而组合设缝削减冻胀效果更优,尤其是坡脚与坡板组合设缝。以新疆某供水渠道为例,采用坡脚与坡板1/4、3/4处组合设缝,缝宽取1 cm,可满足两级指标,削减冻胀效果最优,可为旱寒区大型渠道防冻胀合理布设纵缝(适缝)提供科学依据。     

混凝土衬砌渠道冻胀破坏原因分析及防治

本文通过对河南省混凝土衬砌渠道冻胀破坏的现状和危害进行阐述,找出了导致冻胀破坏的根本原因,提出了3种有效解决冻胀破坏的防治措施,分析了基土换填法的优缺点,阐述了采用隔热保温材料聚苯乙烯泡沫板的技术指标,总结了施工中的技术经验,对混凝土衬砌渠道冻胀的防治起到了参考作用。     

基于温度-应力耦合的冻土地区渠道衬砌防冻胀效果及适应性评价

中国北方冻土地区的灌区渠道多采用衬砌或者保温措施进行防渗抗冻胀,从而减少输水损失。依据近年来北方冻土地区常用的渠道衬砌形式,从取材和施工的难易程度等角度,对北方高寒地区新疆阿勒泰灌区农十师渠道3种抗冻胀措施的效果进行了研究,分别建立了混凝土、HAS固化剂固化粉煤灰和聚苯乙烯泡沫板(EPS)3种衬砌材料的本构模型。通过ABAQUS温度-应力耦合模拟,分析了3种抗冻胀措施的效果。分析结果表明:3种抗冻胀措施均能有效减少渠道冻胀变形,而HAS固化剂固化粉煤灰和铺设聚苯乙烯泡沫板削减冻胀变形效果更为显著;其中铺设聚苯板措施效果最佳,不仅使混凝土衬砌最大法向冻胀量削减了54%,法向冻胀力削减了74%,切向冻结力削减83%,而且使应力和位移分布更均匀,避免了应力集中现象的发生。3种防冻胀措施的效果为铺设聚苯板>HAS固化粉煤灰>混凝土衬砌。考虑到HAS固化粉煤灰可实现就地取材,从而得出HAS固化剂固化粉煤灰渠道衬砌适用于新疆等寒冷地区的结论。研究成果为寒冷地区渠道抗冻胀设计提供了有效参考。     

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、模型东深、冻胀量呈线性相关，Ｈｐ＝１．５１Ｈｍ－５１．２５、ｐ＝２．０２ｈｍ－３．５９，冻胀强度与冻前含量的关系式同《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     

季节性冻土区模袋混凝土渠道冻胀特征及防冻胀技术

为探明季节性冻土区模袋混凝土衬砌渠道冻胀特征,提出模袋混凝土渠道防冻胀技术,在内蒙古河套灌区模袋混凝土渠道开展了聚苯乙烯板防冻胀试验研究.通过原型渠道冻胀试验得出:在8 cm模袋混凝土基础上分别增加4 cm和7 cm模袋混凝土后,阴坡下部1/3处最大冻胀量削减率分别为17.32％和39.55％,阳坡下部1/3处最大冻胀...     

聚苯乙烯泡沫板在饱和冻胀地基上的应用

本文就聚苯乙烯泡沫板在饱和冻胀地基上作为防冻胀体,先后在辽宁省5座支渠闸上的应用情况和效果加以简介。文中还提出关于确定聚苯乙烯板厚的计算方法。     

弧形底梯形渠道受力特征及设计方法研究

弧形底梯形渠道断面与梯形断面相比,不仅水流条件好,便于输沙,而且结构受力条件好,冻胀力分布均匀,抗冻胀性能好,结构复位能力强,工程耐久性强,是旱寒灌区渠道混凝土衬砌抗冻胀首选断面形式之一。针对弧形底梯形渠道断面设计无明确计算方法。科学合理性差的缺点,将弧形底的圆心设在渠顶宽中心点处,使所有弧形底梯形渠道各水力要素统一为边坡系数的函数,从而简化弧形底梯形渠道的设计过程,并保证输水能力与梯形渠道基本相同。     

山东聊城位山灌区干渠防渗工程设计分析

为提升位山灌区干渠防渗效果,现对已有结构进行衬砌改造,结合灌区实际概况,选择渠道断面形式和衬砌方案,并采用数值模拟方法获取渠道冻胀结果,提出相关的处理措施。通过分析,选择梯形断面作为渠道断面型式,采用M10砂浆砌筑预制混凝土板+土工布衬砌方案;渠道衬砌结构最大冻胀变形量可达5.4 mm,渠坡与渠底接触部位为冻胀应力最大区域,提出采用设置伸缩缝的方式降低冻胀的影响。