渠道下卧土-混凝土衬砌冻结接触面直剪试验研究

为研究渠道下卧土-混凝土衬砌冻结接触面抗剪强度及其随主要影响因素的变化规律,采用直剪仪开展了不同含水率、冻结温度、法向应力及冻结时间条件下渠道下卧土-混凝土衬砌冻结接触面直剪试验研究。结果表明:剪切的初始阶段,接触面存在局部剪应力释放现象,释放量大小受土体含水率、法向应力、冻结时间因素影响,但不受冻结温度的影响;在本试验参数范围内,接触面峰值抗剪强度随着土体含水率、法向应力、冻结时间的增加而增大,随冻结温度的降低而增大;接触面的抗剪强度实质上是冻土中的冰晶与混凝土衬砌接触面之间的胶结力,以及土体与混凝土衬砌接触面之间的黏聚力与摩擦力;峰值抗剪强度大小主要受胶结力影响;黏聚力和摩擦力主要受法向应力、冻结时间的影响。     

考虑冻结力分布特征的两拼式渠道冻胀力学模型

确定混凝土衬砌渠道土与板间冻结力分布形式,建立冻胀力学模型,是定量研究渠道冻胀破坏的关键环节。通过对渠道冻胀机理、破坏特征和抗拉冻结强度影响因素的分析,结合宁夏引黄灌区混凝土衬砌渠道原位监测试验数据特点,将渠基土与衬砌板间的法向冻结力假设为由渠道顶部至渠底呈三角形分布的荷载,同时对任意截面切向冻结力进行分段求解,建立了两拼式U形混凝土衬砌渠道的冻胀破坏力学模型。结果表明:建立的两拼式U形混凝土衬砌渠道冻胀破坏力学模型不仅能计算出弧板内力、最大弯矩作用点,而且可以计算出渠道所受最大法向冻胀力和最大法向冻结力;对比原位监测值以及已有力学模型计算值发现,根据假设的法向、切向冻结力分布所建立的力学模型计算弧板内力值更小,法向冻胀力、最大弯矩对应截面与原位监测数据更吻合。     

渠道衬砌混凝土抗冻耐久性试验研究

选择C25、C30混凝土配制了8种含气量的浮石轻骨料混凝土,进行了立方体抗压强度试验及抗冻耐久性试验.试验结果表明:随着含气量的增加,浮石轻骨料混凝土立方体抗压强度逐渐减小,并且比普通混凝土减小得快;抗冻耐久性并不一定是含气量越大抗冻性越强,抗冻性还与强度有关.4组C25试件中,含气量越大,抗冻性越好;4组C30试件中,随着含气量的增加,抗冻耐久性先降低后提高.因此,要想提高浮石轻骨料混凝土的抗冻耐久性,必须加入足够量的引气剂,使其在强度下降的同时,抗冻耐久性能提高.     

柔性防水卷材在寒区防渗渠道中的应用研究

目前,渠道衬砌铺设的柔性膜料厚度较小,在温度低于0℃后易变硬、变脆、延伸率差,不能有效地阻隔混凝土板和渠床土之间冻结,因此不能解除渠床冻土层对混凝土衬砌板的冻结约束,起不到防止渠道冻胀破坏的作用。建议在混凝土衬砌板下铺一层改性沥青防水卷材,该卷材厚度不小于3 mm,低温柔性好、弹性延伸率大,在露天环境中的耐用年限为25年。在渠道混凝土板下铺设该卷材后,可使渠道几乎没有渗漏损失,该卷材在-25℃以上的温度条件下不冻结,可有效地解除渠床冻结土层和混凝土板之间的冻结约束,使寒冷地区的衬砌渠道真正起到防渗作用。     

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.     

聚苯烯纤维轻骨料混凝土抗冻性试验研究

文章以天然浮石作为粗骨料,配制LC30为基准的轻骨料混凝土,通过在轻骨料混凝土中掺入不同量的聚苯烯纤维,经过冻融循环试验,研究不同掺量纤维和冻融循环次数对聚苯烯纤维轻骨料混凝土的抗压强度、质量损失以及相对动弹模量的影响。试验结果表明：掺入聚苯烯纤维能够改善轻骨料混凝土的抗冻性能;并确定掺入0.9 kg/m3聚苯烯纤维为最优掺量。     

浅谈土质渠道的混凝土衬砌

渠道衬砌后可起到防渗、减糙、加大流量,增加输水能力、缩小渠道断面、减少工程量和占地等作用。本文介绍了土质渠床的混凝土衬砌,对填方土料的要求以及改善土的膨胀性质和防止基土含水量降低等措施进行了论述。对大型渠道的现场浇筑或预制混凝土衬砌进行了浅析,并对混凝土板块伸缩缝间距、缝型、填料以及混凝土衬砌裂缝产生原因等提出了见解。     

浅谈土质渠道的混凝土衬砌

渠道衬砌后可起防渗、减糙加大流量，增加输水能力，缩小渠道断面，减少工程量和占地等作用。本文介绍了土质渠床的混凝土衬砌，对填方土料的要求以及改善土的膨胀性质和防止基土含水量降低等措施。对大型渠道的现场浇筑或预制混凝土衬砌进行了浅析，并对伸缩缝间距、缝型、填料以及混凝土衬砌裂缝产生原因等提出了见解。     

浅谈土质渠道的混凝土衬砌

渠道衬砌后可起防渗、减糙加大流量，增加输水能力，缩小渠道断面，减少工程量和占地等作用。本文介绍了土质渠床的混凝土衬砌，对填方土料的要求以及改善土的膨胀性质和防止基土含水量降低等措施。对大型渠道的现场浇筑或预制混凝土衬砌进行了浅析，并对伸缩缝间距、缝型、填料以及混凝土衬砌裂缝产生原因等提出了见解。     

稻壳混凝土热工性能的试验研究

渠道衬砌冻害已成为北方渠灌区生产实践中亟待解决的问题。而稻壳具有多孔性、低密度、低导热系数等特点,首次利用农业生产的废弃物——稻壳为骨料制备混凝土,通过试验研究了不同稻壳掺量混凝土的导热系数。结果表明:掺入稻壳后,混凝土的导热系数大幅度降低,约为同等级普通混凝土导热系数的14%~20%。通过对稻壳混凝土衬砌保温效果的分析表明:利用稻壳混凝土衬砌渠道,有助解决像陕西关中这类微寒地区渠道衬砌的冻胀破坏问题。     

寒区预制混凝土衬砌梯形渠道弹性冻土地基梁模型

基于Winkler弹性地基梁理论及有限杆单元的思想,以单块预制板为研究对象构建其挠曲线微分方程并求解;在此基础上,考虑冻土-结构接触界面及预制板间填缝处的协调变形与相互作用,引入端部边界条件及板间连续性条件,同时砂浆填缝处弯矩为零,将多块预制板联系起来,构建预制混凝土衬砌梯形渠道弹性冻土地基梁模型。再由切向静力平衡条件导出切向控制方程并求解,最终获得衬砌板各截面法向冻胀位移与切向位移的解析表达式。以新疆北部某梯形渠道为例,对衬砌各截面法向冻胀位移、切向位移、接触面法向应力、切向冻结力及上表面应力进行计算。结果表明：本文模型计算的法向冻胀位移与观测值符合良好,与弹性支承法、杆系有限元法计算结果相比更接近观测值。上表面应力估算的易开裂范围与实地调查结果基本相符,表明了模型的合理性。由于存在不连续断面即砂浆填缝,衬砌板法向冻胀位移、接触面法向应力、截面弯矩和上表面应力均存在一定的起伏,出现正负交替现象。顶推力作用下坡板各截面均存在切向位移,且自坡脚向坡顶非线性减小,在坡顶达到最小值。     

混凝土防渗渠道冻害及防治措施

混凝土防渗是目前广泛采用的一种渠道防渗技术措施，但在北方季节性冻土地区存在冻胀破坏问题，给管理与运行带来了诸多困扰。文中从分析混凝土防渗渠道冻害成因入手，提出了防治冻害的措施。     

考虑接触行为的U型渠道冻胀数值模拟

U型衬砌渠道具有良好的整体性和冻胀适应性,但在冬季仍极易因土体冻胀而导致破坏。考虑渠基冻土与衬砌接触面冻结的非线性特性和冻土、混凝土材料的塑性特征,建立能分析渠道基土与衬砌间挤压、脱开及滑移等接触力学行为的渠道冻胀破坏热力耦合数值模型。以宝鸡峡灌区塬下北干渠为原型渠道,按照模型是否考虑接触分别进行冻胀数值模拟,并对模拟结果进行对比分析。结果表明:考虑接触的模型模拟结果与原型实测值更相符,更能合理地解释U型渠道冻胀在渠底与阴坡衔接处冻胀量最小;考虑接触的混凝土塑性应变最大值是不考虑接触时的3.76倍;考虑接触的法向冻胀力和切向冻结力更均匀,最大值均减少1.5~3.0倍,应力集中现象减弱,更能反映混凝土衬砌板与渠基土之间的滑移变形与破坏准则的相互作用。研究结果为U型衬砌渠道冻胀破坏规律提供了分析方法。     

寒区河湖与灌排渠道模袋混凝土护岸冻胀破坏机理

我国北方寒区河湖与灌排渠道护岸冻胀破坏普遍严重.卵砾石护底模袋混凝土衬砌护岸因施工方便获得广泛应用.但目前针对这种复合衬砌结构的冻胀破坏机理尚不明确,难于规范化设计.本文基于冻土水热力三场耦合理论,考虑衬砌与基土的界面相互作用建立了河渠护岸衬砌冻胀数值分析模型.以宁夏西干渠工程为例,对卵砾石护底的模袋混凝土、卵砾石护底...     

基于细观层次的轻骨料混凝土压缩破坏及端面效应数值模拟

为探索轻骨料混凝土力学性能及破坏规律,采用细观数值模拟方法,将轻骨料混凝土看作由球形轻骨料颗粒与砂浆基质组成的两相非均质复合材料,建立三维随机骨料模型,模拟轻骨料混凝土单轴抗压破坏过程,研究分析加载端面约束效应对其裂纹扩展及材料力学性能的影响。研究结果表明：(1)与普通混凝土相比,轻骨料混凝土压缩破坏时,裂纹最先发生在轻骨料处,且裂纹会直接贯穿轻骨料进行延伸;(2)加载端面无约束试件最终形成轴向劈裂破坏,有约束试件最终形成倒锥形破坏;(3)加载端面无约束试件的抗压强度与峰值应变相对于有约束试件分别降低了29.6%、45.5%。该模型及模拟结果为传统宏观试验的不足提供了有效补充。     

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。     

渠道衬砌混凝土裂缝产生的原因分析及预防措施

南水北调中线京石段渠道机械衬砌已进入施工高峰期，渠道衬砌为大面积薄板混凝土结构，在硬化过程和硬化后都会因混凝土干缩、温度变化及地基沉降等产生不同程度的裂缝。而混凝土面板的结构型式、边界条件等比其它混凝土结构存在有较大的差异，这种差异使面板裂缝受混凝土风缩、干缩、温度变化及地基沉降的影响更大，容易产生裂缝，从施工过程上讲，裂缝的产生与混凝土衬砌时的施工环境、削坡的质量、切缝时间的掌握及混凝土养护等几个因素有关。     

弧脚梯形渠道混凝土衬砌施工技术

通过对七一渠梯形断面改造施工,介绍了弧脚梯形断面混凝土衬砌技术在施工中的应用,它可降低渠道糙率,解决梯形断面渠道坡脚淤积问题,节约清淤费用,提高渠道水的利用率。     

基于三维细观结构轻骨料混凝土力学性能的数值模拟

为了从细观结构上研究轻骨料混凝土的破坏机理,利用SCDM软件提出了一种新型划分网格技术,建立了三维细观结构的轻骨料混凝土有限元模型。模拟了轴心抗压与劈裂抗拉试验破坏过程,并与试验结果进行对比分析。计算结果表明:轴心抗压与劈裂抗拉强度的计算值与试验值的误差均在3.5%以内。在轴心抗压模拟试验过程中,裂纹最先出现在轻骨料处,表明轻骨料是轻骨料混凝土材料的薄弱环节,随着荷载进一步加大,最终形成了一个有两个对顶的锥形界面。在劈裂抗拉模拟试验过程中,裂纹也是最先出现在轻骨料处,随着载荷的增大,最终形成了一条宽大的主裂纹,且与主拉应力相垂直。与试验结果对比分析表明,本文提出的模拟方法,可以很好地模拟轻骨料混凝土静力学性能。     

考虑太阳辐射的寒区混凝土衬砌渠道冻害机理

针对太阳辐射作用下季节冻土区渠道衬砌冻害机理研究的局限性,从气象参数的角度,考虑辐射、气温、风速等实际环境因素,结合原型观测资料,通过建立非稳态相变温度场有限元模型,对靖会总干渠混凝土衬砌渠道东西走向段渠坡冻结期热状况及其与吸收的太阳辐射能之间的关系进行分析。结果表明渠基温度场的横向不对称不均匀分布是季节冻土区渠道冻害的主要原因;渠坡日平均日照时长和日平均辐射总量呈横向不对称不均匀分布;阴、阳坡渠基浅层(衬砌板下0.4 m)平均温差与坡板平均太阳辐射量差呈多项式关系;渠基最大温差与深度呈线性关系;太阳辐射吸收系数对渠基热交换影响较大,阴、阳坡板表面最大温差随着吸收系数的增大而线性增加;吸收系数由0.65增加至0.8时,阴、阳坡冻深分别减少25%和37%。