宁夏灌区渠道防渗衬砌工程防冻胀技术研究与应用

在多年试验研究的基础上,总结影响渠道防渗衬砌冻胀破坏的主要因素：地下水埋深、渠床基土水分、渠床土质、渠床基土温度、衬砌结构型式及材料、渠道走向对衬砌渠道防冻胀的影响,提出选择合理断面形式及衬砌结构、膜料复合衬砌、换填弱冻胀性土、隔热保温等削减或适应冻胀的措施。     

不同断面类型混凝土垫层渠道抗冻胀设计优化研究

文章以张掖市大满灌区不同断面类型渠道破坏段为研究对象,通过分析渠道冻胀相关参数,得出最佳衬砌方案。结果表明,选择大柏支渠横断面为典型断面,采用弧形底梯形断面,全断面现浇C20砼衬砌,砂砾石垫层。该衬砌方案具有较好的防渗、抗冻胀、抗冲刷效果,结构整体性强、施工工序少、耗用劳动力少、造价低、使用寿命长、单位投资小等优点,可作为张掖市不同断面类型混凝土垫层渠道最优抗冻胀设计方案。     

农十师183团东场支渠防冻胀破坏及治理措施

渠道防渗衬砌冻胀破坏的主要影响因素有渠床土质、冻土深度、地下水埋深、衬砌结构形式及材料等。本文根据当地实际情况,结合冻胀计算结果,指出选择合理衬砌材料、衬砌结构、衬砌断面形式,同时应用防渗材料、换填非冻胀性土、隔热保温等削减或适应冻胀的措施,可以有效防治渠道冻胀破坏。     

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。     

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。     

季节性冻土区渠道衬砌结构冻胀防治效果数值模拟研究

渠道衬砌冻胀及损伤问题是季节性冻土区普遍存在的现象,这些问题被认为是热量输送和水分流动过程之间相互作用造成的。本文提出了一种新型的衬砌结构,并在大石桥市某灌区研究了新型及传统衬砌结构对渠道冻胀的影响,并采用组合热量传输和水分流动的二维耦合模型分析了新型和传统渠道衬砌结构的温度变化特征及新型衬砌防冻胀效果,两种渠道衬砌结构不同深度处的温度数值模拟结果与现场实测结果基本一致。现场观测结果表明:新型渠道衬砌结构具有渗漏低、导热系数低、排水速度快、不均匀变形低等特点。因此,在季节性冻土区这种新的渠道衬砌结构可以很好地防止冻胀破坏的发生。     

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。     

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。     

寒区渠道衬砌监测技术应用研究

为削减渠道衬砌下的土体由于冻融引起的冻胀破坏问题,需要研究土体冻胀过程中温度场、冻胀量、应力场的变化过程及数值分布,这就需要一套系统完善的监测技术,对渠道下土体的冻胀过程与结构内力进行定量分析,为寒冷地区渠道提供安全有效的衬砌结构。     

北疆某寒冷灌区U形渠道抗冻胀结构应用分析

U形渠道的抗冻胀性能与U形断面形状尺寸及渠基土的冻胀性有着密切关系,通过计算量化断面的形状参数与渠道衬砌抗冻胀性能之间的定量关系来确定渠道的最优断面,对寒冷灌区U形渠设计有着重要意义。以北疆某寒冷灌区的U形渠为例,从抗冻胀结构和水力条件两方面,通过合理的假设简化,建立恰当的力学模型,分析计算了在渠基冻胀作用下U形渠断面倾角坡长与渠道抗冻胀性的定量关系,从而确定渠道最佳断面参数及范围,并根据渠基土的冻胀特性设置合适的防冻垫层,达到了很好的抗冻胀破坏效果,对寒冷灌区U形渠抗冻胀设计提供有益的参考和借鉴。     

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     

大安灌区总干渠工程的防冻胀措施

大安灌区位于松嫩平原西部嫩江下游右岸,吉林省大安市中部。总干渠工程为非均质衬砌渠道,仅对渠坡进行衬砌,渠底未衬砌,施工初期,渠坡脚处发生冻胀破坏,针对现场冻胀情况进行了研究分析,提出解决冻胀方案并在工程中应用,实施后,未再发生冻胀破坏现象,可为其它地区渠道的防冻胀设计提供参考。     

考虑预制混凝土“设缝”作用的梯形渠道冻胀机制影响研究

寒区衬砌渠道输水能力下降主要是由常年冻融作用下衬砌结构发生冻胀破坏所致,针对渠道衬砌结构冻胀破坏问题提出渠坡板纵向设缝的抗冻措施与数值分析方法。本文通过将渠道衬砌板与冻土视为整体处理的方法构建混凝土衬砌渠道热力耦合冻胀模型,以甘肃省景泰灌区某混凝土衬砌渠道为研究对象,考虑不同设缝措施与纵缝填充的接触本构对3种工况进行抗冻影响因素分析。结果表明：渠底深部基本不受渠道整体几何边界的影响,但渠道边界尺寸和基土热流分布均对基土上部温度场变化具有显著影响。渠道阴坡、渠底和阳坡最大冻深分别为86.3、67.5、58.2 cm。通过合理设缝措施可使渠道阴坡法向冻胀力降低40.7%、底板冻胀量减小63.5%、切向冻胀力降低43.8%,使渠道断面冻胀分布趋于均匀,且模型分析与实测结果相符,表明本文构建模型的合理性。研究结果可为长距离输水渠道数值计算提供理论依据。     

寒区膜袋混凝土衬砌渠道结构优化

我国北方寒区渠道冻胀破坏问题较为突出,而常规的冻土-衬砌结构作用机制为高度复杂的非线性问题,并不适用于混凝土渠道结构设计及优化。通过初始位移法进行渠道混凝土衬砌结构法向冻胀力模拟,并借助Mohr-Coulomb摩擦单元展开对冻土和衬砌结构间摩擦过程的模拟,在构建起混凝土衬砌渠道结构优化模型的基础上,通过ANSYS的APDL语言二次开发并建立起北方寒区膜袋混凝土衬砌渠道有限元模型,针对具体工程展开结构优化计算。结果表明,所提出的结构优化方法简单实用,模拟结果也与膜袋混凝土衬砌渠道设计冻胀破坏特征相吻合;优化后的断面既能降低工程造价,并能够借助尺寸合理的断面,充分利用材料强度,大大提升寒区膜袋混凝土衬砌渠道结构性能。     

大断面刚柔混合衬砌渠道冻胀有限元分析

针对引额济克工程大断面梯形刚柔混合衬砌渠道,应用ANSYS软件,对其冻胀过程进行模拟分析。采用间接耦合方式,首先进行热分析,得到渠道温度场,再转换单元类型为结构场,对结构场施加热分析得到的温度应力场进行结构分析,计算渠道变形场和应力场,进而分析渠道冻胀受力情况及变形规律。结果表明:阴坡冻胀变形较为严重,应采取适当的措施(加厚、加肋等)加以保护。该冻胀有限元分析方法简便易行,可用于大断面渠道抗冻胀设计。     

精准加热防冻防渗渠道工程设计与模拟研究

文章以辽宁省喀左县平房子灌区东西走向的梯形灌溉渠道典型断面为例,提出精准加热防渗防冻胀渠道设计。通过ANSYS有限元软件分析计算,说明采取精准加热保温防渗防冻胀渠道设计,可以有效保护渠道衬砌结构免遭冻胀破坏。     

寒冷地区灌区渠道衬砌防冻胀工程技术

寒冷地区大中型灌区渠道衬砌冻胀破坏问题非常普遍,尤其是地下水位较高地区,对渠道自身和灌区运行危害很大.通过对渠道冻胀机理分析,根据多年工程经验,从渠道断面形式、基土层保温、防水和换填等方面,提出了适应和削减冻胀的一系列经济实用的工程技术措施.     

石拉渊引河灌区渠道不同衬砌形式下冻胀特征研究

为研究石拉渊灌区渠道衬砌结构与冻胀特征关系,基于热力耦合仿真计算方法 ,探讨衬砌形式以及衬砌结构设计对渠道冻胀特征影响。结果表明,不同衬砌形式下冻胀位移变化具有相似性,渠坡底部衬砌方案中冻胀位移峰值分布以及变化特征最为有利于抗冻胀设计。综合认为衬砌方案应为渠坡底部透水,透固体宽度1 m～3 m。研究结果可为研究渠道衬砌设计比较以及参数优化提供参考。     

高寒区输水渠道渠基蓄热增温防冻胀技术原型试验

冬季输水渠道衬砌板在基土冻胀和冰压力双重作用下,在行水位及其上部易发生开裂、折断等破坏,目前还未有利用太阳能或风能等绿色能源进行渠基主动、低碳增温的防冻胀技术。为此,研发了由抛物面聚光槽、集热管、太阳追踪器、散热通道、碎石槽蓄热体与散热空气循环风机组成的渠基风光能蓄热增温系统,其散热通道采用紧贴渠坡衬砌布置和碎石槽底部布置两种形式。通过北疆某渠道工程的现场安装与温度监测,分析了该技术的增温效果与适用性。结果表明:渠基风光能蓄热增温系统可有效提升土温,削减冻深,具有良好的工程防冻胀应用效果,可为寒区渠道冬季输水以及渠道升级改造提供技术支撑。     

U形混凝土渠道冻胀监测试验研究

渠道是灌溉系统的重要组成部分,也是其中一基本构成单元。在我国的许多地区,由于气候等原因,混凝土衬砌渠道冻胀问题普遍存在,冻胀破坏严重损害了渠道的稳定性,大大降低了渠道的使用寿命,造成不同程度的水资源浪费现象,对工程使用效益形成了很大的桎梏。文章以U型混凝土渠道冻胀监测为核心展开探讨,以我国某地的渠道冻胀破坏为依据,对不同衬砌结构的U型渠道冻胀进行具体监测与分析,探究冻胀破坏与渠道某些因素的关系。