内蒙古临河地区渠道衬砌工程保温防冻胀试验研究

在我国北方的季节性冻土地区,防渗衬砌渠道的冻胀破坏对输水工程的危害最大.针对内蒙古临河地区南边分干渠冻胀破坏问题,提出了在渠道混凝土衬砌下铺设聚氨酯保温板新材料的措施.通过进行现场保温防冻胀试验,分析了各种保温措施下渠道基土的地温、冻深、含水率和冻胀量等影响冻胀变化因素的规律及其特征,总结了不同方案下的保温防冻胀效果,得出了适合该地区混凝土衬砌渠道中聚氨酯保温材料的防冻胀破坏方案:渠道阳坡上部使用3 cm厚的聚氨酯保温板,阳坡下部使用4 cm厚的聚氨酯保温板,阴坡上部使用4 cm厚的聚氨酯保温板,阴坡下部使用5 cm厚的聚氨酯保温板就可以保证混凝土衬砌体不发生冻胀破坏,同时为后续刚性衬砌渠道中采用聚氨酯保温材料防冻胀提供了技术支持.     

聚苯乙烯保温板在衬砌渠道防冻胀中的应用研究

根据聚苯乙烯板保温机理、板的铺设、试验观测项目和测点布置,分析了渠道不同坡面、部位和板厚在多个埋深处的地温、冻深、含水量和冻胀量变化规律及其特征;总结了设聚苯乙烯保温板的厚度,相应提高地温、削减冻深和冻胀量的效果。研究成果已在内蒙古大型灌区中大面积推广应用,大大提高了衬砌渠道工程寿命。     

土体冻胀与地下水关系的研究进展

地下水与冻胀之间的关系在各种工程的施工设计、冻害防治和农业灌溉中起着重要的作用。地下水位的高低直接影响着土体的冻胀。概述了近五十年来我国在这方面取得的成果。包括产生冻胀的地下水位临界深度，受地下水位影响的冻胀带的分布规律和冻胀性分类，冻胀与地下水位之间的定性定量关系以及他们之间的作用机理。今后的研究发展方向是加强冻胀机理的研究，建立健全冻胀预报模型的研究和对冻结过程中地下水位变化的研究。     

膨润土防水毯新材料在衬砌渠道中的应用研究

在内蒙古河套灌区首次采用膨润土防水毯衬砌渠道作为渠道防渗抗冻的新技术。简要说明膨润土防水毯原理,通过室内试验得出膨润土防水毯性能,通过施工实践总结出膨润土防水毯施工工艺。应用已有和自行开发的膨润土防水毯,进行防冻、抗渗观测试验,对冻深、冻胀量、防渗效果和工程造价作出定量结论,已在大型灌区节水改造工程中推广应用。     

模袋混凝土衬砌渠道冻胀破坏力学模型及应用

为了探究寒区模袋混凝土梯形衬砌渠道冻胀破坏力学模型,通过总结寒区模袋混凝土梯形衬砌渠道的冻胀破坏形式,对模袋混凝土梯形衬砌渠道发生冻胀破坏的机理进行分析,并结合大量的野外试验,对寒区模袋混凝土衬砌渠道的受力问题进行研究.在此基础上,通过对衬砌渠道合理的假设和简化,提出了模袋混凝土梯形衬砌渠道受冻胀破坏的力学模型,推导出模袋混凝土在空洞处内力表达式,同时总结了模袋混凝土衬砌结构发生冻胀破坏的判断准则.通过有关规范确定了最大法向冻胀力和切向冻结力,即可求出模袋混凝土的内力,并对模袋混凝土的厚度进行验算,为今后的工程设计提供一定的理论依据.在实际工程中,模袋混凝土衬砌结构在空洞处容易发生断裂破坏,应避免模袋混凝土衬砌结构出现空洞现象.     

刚性衬砌渠道受冻胀时衬砌层受力的试验研究

为了研究刚性衬砌道受冻胀时衬砌层的受力状况，通过模型模拟试验研究，找出了刚性砌渠道受冻胀时边坡衬砌层（板）的受力情况与其下渠床上含水量渠道横断面高度分布之间的内在规律，为寒区刚性衬砌渠道如何采取防洪胀措施提供了科学依据。     

基于数值模拟的“适变断面”衬砌渠道抗冻胀机理探讨

能适应渠基冻胀变形的衬砌渠道简称“适变断面”渠道。为了探明其抗冻胀机理及削减冻胀效果,应用ADINA软件对混凝土衬砌“适变断面”渠道冻胀进行数值模拟,计算渠道冻胀的温度场、变形场和应力场,研究衬砌板应力和变形规律,并与弧形坡脚梯形渠道比较分析表明：“适变断面”渠道能降低最大法向冻胀量55.11%、最大法向冻胀力51.65%、最大切向冻结力56.85%;通过冻胀量均方差及冻胀力分析比较,“适变断面”使渠道受力状态得到显著改善,冻胀变形分布更加均匀;衬砌板法向错位值总计1.3 cm,纵向伸缩缝周向压缩值总计为9.7 cm,揭示了“适变断面”渠道利用宽纵缝既能释放衬砌板法向冻胀变位,又能吸收周向冻胀变位,从而适应渠基冻胀变形减轻冻害的抗冻胀机理。最后通过模拟计算了“适变断面”渠道冻胀量均方差对边坡系数的敏感性,指出边坡系数i约为1∶1.7～1∶1.4时,“适变断面”渠道抗冻胀效果很显著,为“适变断面”渠道的推广及优化设计提供了参考。     

南疆渠道冻胀破坏与盐胀破坏的探讨

冻胀是造成衬砌渠道破坏的主要因素,同时抗冻胀问题处理也是渠道工程建设中的重点和难点.在南疆地区,除冻胀作用外,还涉及到盐胀对衬砌渠道的破坏作用,如何正确分析冻胀与盐胀对渠道的破坏作用是保证工程安全使用的关键.通过对冻胀与盐胀的破坏机理分析,浅析冻胀与盐胀在南疆渠道使用过程中的破坏,阐述并分析了造成冻胀与盐胀破坏的原因,并提出了建议性的对策措施.     

季节冻土区混凝土渠与玻璃钢渠体防冻效益对比研究

为了研究季节性冻土区不同保温措施下渠道冻胀变化规律,在一个冻融周期内对河套灌区杨家河南边干渠进行现场测试,针对不同保温措施下的冻深与冻胀量进行了分析。结果表明,阳坡与阴坡聚氨酯和聚苯乙烯保温措施条件下6 cm厚的保温效果均优于4 cm厚的保温效果,阳坡4 cm厚的聚氨酯保温效果优于4 cm厚的聚苯乙烯保温效果,而阴坡4 cm厚的聚氨酯保温效果劣于4 cm厚的聚苯乙烯保温效果。从水力条件、节水效益、投资成本等方面对比分析混凝土渠道与玻璃钢渠道的应用性,玻璃钢渠道可减少拆除重建费与保温措施费等费用,且综合投资与混凝土渠道相差不多,随着水资源需求量的急剧增大,玻璃钢渠道具有较好的应用前景。     

内蒙古河套灌区节水改造工程综合节水技术研究

河套灌区属季节性冻土地区,针对渠道冻胀破坏与渗漏严重、灌溉用水量大、灌区管理粗放等问题,开展了6个方面的专题研究,简要总结了不同级别渠道适宜的衬砌结构型式,聚苯乙烯保温与风积沙换填防冻措施,土壤固化剂新材料应用,渠道防渗效果监测,田间节水改造技术和节水改造工程实施后对灌区环境的影响等诸多方面,并对大型灌区节水改造工程建...     

梯形渠道砼衬砌冻胀破坏力学分析

通过对砼衬砌梯形渠道的冻胀破坏特征和机理的探讨,对渠道衬砌结构及其所受荷载进行简化,并分析其受力情况.认为梯形渠道边坡板与底板间由伸缩缝隔开,二者互为约束,但不能互相提供弯矩,将二者间的连结简化为铰结是合理的.指出渠道所受冻胀力和冻结力并不是独立的起作用,二者之间相互影响、相互依赖.针对小尺寸、整体性较好的梯形渠道提出...     

保温型刚性护面渠道设计

在刚性面层下设置一道性能良好的保温层来防止基土冻结,可以从根本上解决冻胀破坏的问题。这种带保温层的刚性护面渠道称为保温型刚性护面渠道,根据热工原理,提出了保温型刚性护面渠道横断面设计在构造方面的要求,进一步推导出计算保温层厚度的有关公式,并给出算例,还指出了需要进一步研究和探讨的问题。     

U形衬砌渠道结构及水力最佳断面的分析

通过对U形断面渠道的衬砌冻胀破坏特征、机理的分析,指出最优U形断面应是从结构和水力两方面考虑的,通过合理的假设,建立简单的力学模型,以衬砌体结构抗冻胀性能最优及水力最佳为原则,最终推出最优的U形渠道断面参数孤底圆心角和圆弧上部直线段的长度.同时,指出了U形衬砌渠道的冻胀力分析可以表达成最大冻结力的函数,而最大冻结力是反映土质、负温及水分状况的综合指标,只要根据经验或实验确定了最大冻结力,再结合渠道几何要素及衬砌材料的力学指标和衬砌结构的有关参数,就能计算出最优U形断面的参数,使问题简单化、定量化.该计算方法的结果表明符合工程实践的要求,而且安全合理,使用简单.     

土壤固化剂新材料在衬砌渠道中的应用研究

在内蒙古河套灌区首次采用固化土衬砌渠道作为渠道防渗抗冻的新技术。简要说明土壤固化剂原理,通过室内试验得出固化土性能,通过施工实践总结出固化土施工工艺。应用已有和自行开发的土壤固化剂制作固化板,进行防渗、抗冻观测试验,对冻深、冻胀量、防渗效果和工程造价作出定量结论,已在大型灌区田间渠道衬砌中推广应用。     

大U形渠道冻胀机理试验研究

渠道衬砌的冻胀破坏是温度、水分、土质和冻胀力等因素共同作用的结果,是北方地区渠道的主要破坏形式。通过对大U形渠道的冻胀观测试验,对衬砌的气温、地温,渠基土的含水率、冻深以及衬砌的冻胀变形量等实验数据统计比较,分析了渠道衬砌的主要破坏时段和破坏部位的分布规律及其形成原因,提出了相应措施,为进一步完善渠道衬砌冻害机理的理论研究提供了科学依据。     

鲜兴灌区渠首泄洪闸闸室结构有限元分析

以黑龙江省鲜兴灌区渠首改造工程新建的泄洪闸为研究对象,利用三维有限元软件ANSYS建立了闸室结构与地基的整体模型,通过完建期、灌溉期、校核洪水位以及冻胀工况4种工况对闸室结构进行有限元分析,得到闸室结构的应力和位移值;对比分析了4种工况条件下不同荷载组合的闸室结构应力和位移分布规律.结果表明:该闸室结构的位移变化主要以沉降为主,4种工况沉降量普遍较小,最大、最小竖向位移分别为12.069和1.553 mm,未超过规范允许值,均出现在冻胀工况;最大拉应力为1.21 MPa,最大压应力为1.25 MPa,符合设计要求,分别出现在冻胀工况和校核洪水位工况.冻胀工况时靠边墩上游一侧底板顶部有应力集中的现象,需要对其提高配筋率,增加水闸结构整体稳定性.该泄洪闸结构的工作性态良好,能保证安全稳定运行.     

弧底梯形渠道抗冻胀结构优化与数值模拟

在季节性冻土地区,弧底梯形渠道属于抗冻胀结构之一,但其设计方法仍依靠经验和规范,设计结构易发生冻胀破坏,为此提出了结构优化的方法进行渠道设计。该方法包括构建结构优化数学模型和"冻土-衬砌结构"简化算法二方面内容。首先以渠道造价为目标函数,以实用经济断面、衬砌体拉应力和法向位移为约束,建立结构优化数学模型。其次采用"初始冻胀位移"模拟高度非线性的法向冻胀力,通过定义摩尔库仑摩擦单位模拟冻土与衬砌间的相互作用,最后基于ANSYS的APDL语言的二次开发建立参数化模型进行结构优化。通过实际工程的结构优化表明,在最不利气象和水文地质条件下,优化后的断面可保证渠道不产生裂缝;同时节约土地面积207 m~2/km,衬砌厚度减小0.3 cm。提出的方法可用于弧底梯形渠道结构计算和优化设计,可以获得运行安全、造价合理的断面尺寸。     

Potassium induced improvement of yield response in barley exposed to soil water stress

Summary The interaction of different K status of barley plants (Hordeum vulgare, L.) and water stress on yield and water relations was studied. The plants which were cultivated outdoor in pots and supplied with 0.8, 5.0, 8.5 or 12.0 g K per pot, as KCl, were subjected to increased soil water stress during the early grain filling stage.The water content of the flag leaf tissue was significantly increased from 3.1 to 4.1 g H₂O/g D.M. (dry matter) by K application resulting in maintenance of similar leaf osmotic potentials (–1.5 MPa) at all K levels prior to onset of water stress (Table 2). At the lowest K level Ca contributed essentially to maintenance of the cell osmotic potential (Fig. 2).In fully watered plants grain yield at the lowest K level was reduced 20% (Fig. 5 a) due to a decrease in the number of tillers with ears per plant (Fig. 5 b) and to early commencement of maturity processes (Table 3).Water stress caused grain yield reductions between 15 and 50%. However, by increase of K application yield was maintained to the greatest degree in high K plants (Fig. 5 a) due to improved water status in these plants during the drying cycle (Fig. 4). The production of above ground dry matter (top D.M.) during the grain filling period and the grain yield were highly correlated with the leaf water content at the end of the drying cycles (Fig. 6). The greater yield in high K plants was associated with prolongation of the grain filling period by up to 7 days (Table 3) and with an increase in grain weight by up to 20% (Fig. 5 b) as compared with low K plants. Preanthesis reserves contributed up to 52% of grain yield at low K levels (Fig. 5 c) reducing differences in grain yield between the K levels.Abbreviations RWC predawn relative water content - predawn leaf osmotic potential - WUE water use efficiency - R preanthesis reserves - ear D.M. increase in ear D.M. during the grain filling period - top D.M. increase in top D.M. during the grain filling period - SD standard deviation - LSD least significant difference     

高地下水位冻土区抛物线形渠道冻胀力学分析

考虑渠道断面各截面地下水位以及局部几何特性逐点不同的特殊性并结合Winkler假设,提出了高地下水位冻土区抛物线形渠道衬砌法向冻胀力与切向冻结力计算方法及截面内力计算公式.考虑曲梁曲率影响提出基于曲梁理论的截面正应力计算方法及抗裂验算公式.以河北某抛物线形渠道为例,分析衬砌截面轴力、弯矩及应力分布规律.结果表明:轴力自渠顶向渠底中部逐渐增大且均为压力;衬砌板主要在负弯矩作用下凸向内侧,仅在临近渠底时由负变正转而凸向外侧;由于存在拱效应,各截面均以压应力为主,仅渠坡中下部内侧及渠底中部附近外侧出现拉应力从而易导致开裂.分别应用直梁理论和曲梁理论计算衬砌板截面应力并进行对比分析.发现渠底中心附近曲率较大处两者相对误差可达11.78%,且直梁理论的计算结果量值偏小、安全性低,应当基于曲梁理论进行应力分析更加合理.     

国内外规范桩墩基础抗冻拔稳定验算安全度设置水平初探

根据国内外相关规范季节冻胀区桩墩基础抗冻拔稳定验算的设计规定,以DL/T 5082-1998<水工建筑物抗冰冻设计规范>规定的不同级别冻胀土总切向冻胀力标准值为基准,从相当安全系数的角度,对国内外相关规范关于季节冻胀区桩墩基础杭冻拔稳定的设计方法和相应的安全度设置水平进行了计算分析和比较,获得了国内外相关规范季节冻胀区桩墩基础杭冻拔稳定安全度设置水平的定量数据,并对我国DL/T 5082-1998安全度设置水平提出了若干修改建议,可供规范修订时参考.