季节冻土区渠道水分迁移规律及冻胀特性试验研究

为了量化渠基土体中的水分在冻融过程中的迁移及其分布规律,揭示渠基土体的微观冻胀特性,选取渠基土体不同部位的原状土样,进行冻融试验,采用CT扫描技术,监测研究渠基土样冻融过程中的水分迁移及其孔隙水分布规律,进一步探究渠基土体的微观冻胀特性。结果表明:冻融过程中土样深度16～18 cm处的含水率较高,产生了水分积聚。冻结过程中,土体的微观孔隙结构发生了明显变化,同时发生了裂缝的张开和闭合。在融化阶段,由于冻结水快速融化,土体发生融沉,最大融沉量为6.78 mm。研究成果揭示了渠基土体单向冻融过程中的水分迁移规律、孔隙水的分布状态及其冻胀微观特性,为季节冻土区输水渠道的抗冻胀设计提供了理论基础。     

季节冻土区含砂低液限黏土冻融过程试验研究

为研究季节冻土区含砂低液限黏土在不同埋深地下水补给时的单向冻融过程,采用由箱体、制冷/热系统和地下水补给系统等构成的冻融系统装置,对大尺寸土体模型进行单向冻融试验。试验结果表明:在冻融过程中,各土层平面的温度、含水率与冻融量均分布不均匀,且三者之间相互影响;在地下水补给下,土体的冻胀量大于融沉量,且融沉时长小于冻胀时长;不同埋深地下水对冻融的影响主要表现在对土体冻前初始含水率的影响,进而影响温度梯度和冻结锋面的变化,进一步影响未冻水的迁移、冻胀量和融沉量等发展,因此,冻融作用为温度场、水分场和位移场等复杂的多场耦合作用的结果。     

大型U型渠道渠基季节性冻融水分运移特性研究

本文论述了季节性冻融条件下大型U型混凝土衬砌渠道渠基水分运移机理。经过一个完整冻融循环季节的原型观测,获得了渠基不同部位0~40cm深度范围的水分冻结和运移变化特征,按时间序列对冻结期含水量变化进行了回归分析,采用水分运动基本方程并结合热流方程建立了冻融渠基水热耦合模型,利用差分法对冻结过程中渠基非饱和土壤水分运移进行了模拟计算。模拟计算值与实测值对比分析表明,模拟计算结果与试验结果基本吻合。     

季节冻土区梯形混凝土渠道冬季停水与过水运行方式对温度场的影响研究

针对西北地区输水明渠易发生冻胀破坏的问题,依据热传导和水分迁移理论建立冻结期渠基土温度场,以分析渠道内过水对温度场分布的影响为目标,以新疆玛纳斯河四级水电站引水渠为典型案例,应用有限元软件进行温度场的模拟,并将结果与相关文献中的数据及破坏类型进行比对,验证模拟的合理性。结果表明:渠道内是否过水对渠道的温度场有显著的影响,主要是其温度场的分层发生变化且其温度线也出现了强烈波动。经实地观察发现,输水明渠渠基土体易产生较大的冻胀变形导致衬砌板胀裂、隆起及滑塌等破坏十分严重的位置与模拟中温度场发生变化的位置基本一致,且满足误差要求。用冻结期渠基土温度场变化来预测输水明渠发生冻胀破坏的准确位置具有很大的参考价值。     

水盐运移对硫酸盐渍土盐-冻胀规律的影响

为研究水盐运移情况下硫酸盐渍土盐-冻胀规律,采用室内土柱冻融试验,利用teros-12传感器及位移计测定冻融循环过程中土体含水率、电导率、温度和位移的变化,分析了水盐运移规律及其对土体盐-冻胀变形的影响。试验结果表明:在自上而下的冻结方式中,土体底部水分向冻结锋面移动,带动盐分向上聚积,同时土体体积含水率和电导率随温度的升降循环存在明显“滞回”现象。冻结阶段土体发生膨胀,竖向变形可分为3个阶段:①调整阶段,由生成芒硝引起;②快速变形阶段,由生成芒硝与冰晶共同作用所致;③缓慢变形阶段,由生成少量冰晶所致。融化阶段土体竖向变形以一定融陷速率发生快速融沉。含硫酸钠盐渍土冻融循环过程中,竖向变形随时间的变化关系呈现“桃尖型”趋势,且每次冻融土体竖向变形速率基本一致。随冻融次数的增加,盐-冻胀率也不断增加。土体含盐量越高对土体竖向变形的影响越显著。本研究可为揭示含硫酸盐渍土盐分和水分随温度变化的“滞回”现象以及水-盐-热-力耦合模型的建立提供数据支撑。     

土工织物加筋挡墙抗冻适应性研究

地基土冻结、冻胀及融沉将直接影响到建筑物的安全.加筋土结构是耐压的土与耐拉的土工合成材料两者用一定方式组合形成的高强度复合体.在季节冻土地区用作挡墙,使结构抗冻适应性增强.“河套灌区水工建筑物冻胀防治措施研究”课题就土工织物加筋挡墙抗冻胀机理和加筋挡墙结构型进行了系统深入的研究.1 土工加筋结构抗冻胀机理1.1 土体约束压力作用下冻胀量计算土体的冻胀包括冻层内土体孔隙中水分冻胀和迁移水形成冰镜引起体积增量两部分.试验研究表明,水分向冻结前缘带迁移,除与土质、温度、水分等因素有关外,还与土体所受的有效约束压力有明显关系.有效约束压力越大,冻胀量越小.当有效约束压力超过“中断压力”时,冻结锋面不是吸水,而是转向排水.     

补水条件下路基土体冻结过程中的温湿度分布研究

季节冻土区路基土中的水热迁移往往导致道路病害。为进一步研究季节冻土区路基土体在冻结过程中温度和水分的变化规律,建立开放系统条件下的土体水－热耦合理论模型,然后利用有限元软件进行求解,并借助补水条件下的单向冻结试验对模型的准确性进行验证。结果表明:土体冻结期间,沿试样高度方向的温度分布呈现由非线性分布向线性分布过渡趋势,未冻区水分在温度梯度作用下向冻结区迁移,并在冻结锋面处含水率发生突变;建立的开放系统条件下的土体水－热耦合理论模型能够较好地预测土体冻结过程中的温度和水分变化。     

季冻区渠基冻胀模拟分析

渠道作为输送农业用水的主要载体,受季冻区气候影响极易发生地表隆起、衬砌开裂脱落等冻胀破坏现象。本文以黑龙江省松干渠道为原型,采用试验与模拟相结合的手段,基于室内试验获取热力学参数、冻胀系数、力学参数等冻胀模拟关键参数,利用有限差分软件建立冬季停水渠基模型,施加温度模块模拟渠基冬季冻胀全过程,探究渠基的冻胀特性。结果表明：渠基温度与深度呈负相关,冻胀量随着时间的推移分为快速冻结阶段、缓慢冻结阶段、稳定阶段,2月份达到冻胀量最大值。     

季节冻土区粉质黏土冻缩现象下的冻胀特性分析

冻土是一种对温度极其敏感且性质不稳定的特殊类型土。在季节性冻土地区,气温的波动变化将对土体冻胀性造成很大程度的影响。本文选取季节性冻土地区极具冻胀敏感性的粉质黏土进行冻胀特性试验,研究冻缩现象的产生及出现冻缩现象时的土体冻胀特性。经试验研究发现,当土体含水率较低时,水结晶成冰的体积不足以完全填补土体内的孔隙,因此造成土体体积缩小的现象。同时,冻缩现象的出现使土体温度场发生突变、土内水分出现结晶,在土体内部水分迁移的情况下含水率也相应发生变化,土体冻胀量出现负值、冻胀表现也相对较弱。     

聚苯乙烯泡沫板在龙凤山灌区中的应用研究

通过实际工程中的应用采用保温措施处理的地基能确保地基温度场的稳定,减小地基土体的冻胀变形,维护了地基上构造物的整体稳定。保温板的热学性能对土体温度场的稳定起着重要作用,减小冻结层厚度,抑制基土水分迁移量的变化。通过工程应用说明保温板的隔水性能对其抵抗基土冻胀变形起着关键作用。确保基土不发生冻结和冻胀,并减少地表水和大气降水的渗入,冬季土体冻结从上部开始,防止下部未冻土层中的水分将向上部的冻结锋面迁移,形成冻结面附近含土冰层,产生极强的冻胀可能。     

盐环定扬水干渠冻胀原型试验观测与防治措施

针对陕甘宁盐环定扬黄工程三道井干渠破坏严重问题,布设6个冻胀观测断面,通过气温、地温、冻深、冻胀量、基土含水率等主要指标观测,分析了各影响因素的变化过程和变化规律,提出渠道坡脚和渠底是冻胀变形最为严重的部位,应重点进行防护;基土含水率是冻胀破坏的决定性因素,减轻渠道冻害关键在于降低基土含水率。根据试验结果,提出三道井干渠在更新改造时采用聚苯乙烯板的保温防冻胀措施,在冻胀破坏最为严重的坡脚部位采用20 cm厚现浇混凝土弧形坡脚+5 cm厚聚苯乙烯板,全断面采用0.3 mm厚复合土工膜防渗以减少渗漏引起的基土含水率升高等措施,并付诸实施,效果显著。     

季节性冻土对风电场杆塔基础稳定性影响研究

本文分析了风电场架空输电线路的特点以及季节性冻土对线路基础的危害,并结合风电场中35 kV直流输电线路杆塔基础的稳定进行分析.计算结果表明,在季节性冻土地区,特别是对冻深较大的地区,在基础埋深达到要求的同时,切向冻胀力也会对基础的稳定造成不利影响.因此,对季节性冻土地区的输电线路基础工程除按一般地区的要求进行设计施工外...     

新疆柳沟灌区南干渠抗冻胀计算及防冻胀材料的选择

新疆柳沟灌区属于季节性冻土地区,该区冬季衬砌渠道冻胀破坏相当严重,冬季能否正常引水,关键看是否有正确的抗冻胀计算和切实可行的防冻胀措施。文中根据《渠系工程抗冻胀设计规范》,在当地的水文地质和工程地质条件下,通过抗冻胀计算,从适应冻胀、回避冻胀、削减冻胀等角度,选择切实可行的防冻胀材料,以达到满意的工程使用效果。     

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。     

基于深季节冻土区抗冻技术研究与应用

针对深季节冻土区水利工程结构物冻胀破坏严重的问题,提出了冻胀破坏机理及稳定性模拟技术、膨胀土边坡破坏机理、改良及防护技术、输配水干渠工程不均匀冻胀破坏机理、水工抗冻混凝土冬期施工技术,以及新型防冻胀轻质混合土材料等,其技术研究成果在北部引嫩总干渠的建设中取得了较好的应用效果。     

季节冻土区跨流域调水工程明渠衬砌结构型式探讨

我国多年冻土和冬季冻土面积占国土面积的75%,其中冻结深度大于0.5m的地区约占全国总面积的一半。北方季节冻土区大多干旱缺水,修建跨流域调水工程是必然选择。我国已建和在建的跨流域调水工程绝大多数采用明渠输水方式,输水渠道是跨流域调水工程的重要组成部分,合理选择渠道衬砌型式,确保输水明渠边坡稳定,既是工程建设期决定投资的重要因素,更是制约工程建成后运行安全、工程维修养护费用的关键因素。首次将渠基划分为主冻胀区和副冻胀区,从季节冻土区明渠衬砌的工程实践方面探讨了构建季节冻土区柔性护坡的衬砌体系。     

渠道防渗衬砌工程的冻害及防治措施简介

本文介绍了渠道衬砌工程常见的冻害现象并介绍了常规的防治措施。     

冬季输水梯形渠道冻胀时水力因素对刚性衬砌层内力影响研究

对于冬季输水渠道,在其基土冻胀作用时边坡混凝土板力学模型得到实践工程检验的基础之上,又以实际工程渠道为参数,理论分析了在特定冻胀力作用类型及计算方法的条件下,其渠道坡角、水深和边坡混凝土板厚度的变化对边坡混凝土板内力的影响规律。结果表明:冬季输水渠道边坡板在冬季渠基土冻胀的过程中有沿坡面整体上移的趋势;在渠基土边坡整体稳定的前提条件下,增大渠道坡角、减小渠底宽、提高渠内水位可大大减少渠道冻胀作用时边坡板的内力,降低渠道冻胀破坏的机率;通过增加边坡板的厚度来提高渠道抗冻胀破坏能力是不可取的。该成果为季节冻土区冬季无冰盖输水渠道的抗冻胀破坏设计指出了设计新思路。根据设计流量,设计并调整渠道水力参数,尽可能使渠内水深提高,不仅降低渠道冻胀破坏的机率,还可以减少渠道用地面积和土方工程量。