高地下水位弧底梯形渠道混凝土衬砌冻胀破坏力学模型探讨

【目的】探讨高地下水位弧底梯形渠道混凝土衬砌结构冻胀破坏的力学模型,为实际工程中衬砌体的设计与建设提供参考。【方法】根据冻土力学、材料力学及高等数学知识,提出渠道坡板的计算简图是在法向冻结力、切向冻结力和法向冻胀力共同作用下的简支梁,渠底板是与两衬砌相互作用的压弯构件,进而依据合理的简化和假设,提出并建立高地下水位弧底梯形渠道混凝土冻胀破坏的力学模型,并进行了实例应用研究。【结果】通过建立的高地下水位弧底梯形渠道混凝土冻胀破坏力学模型,不仅能计算出弧底梯形渠道坡板、底板的控制内力及最大弯矩作用点,而且可以计算出渠道衬砌渠坡板所受的法向冻结力,并可估计混凝土板可能发生胀裂的位置。【结论】弧底梯形渠道混凝土衬砌结构法向冻胀力小,法向冻结力作用点在距渠顶1/5处,整体变形及抗冻胀能力强,并优于梯形渠道,为以后的渠道防冻胀设计提供了科学依据。     

季节冻土区衬砌渠道换填措施防冻胀数值模拟

为了防治季节冻土区衬砌渠道的冻胀破坏,对渠基易冻胀土体进行换填的防冻胀措施效果进行研究,考虑实际边界条件,建立浅层冻土相变温度场数学模型,应用有限元软件对沈阳市浑北灌区渠道进行不同换填深度的热力耦合分析,结果表明：渠道阴坡、渠底、阳坡表面下1.670 m、1.128 m、1.547 m处为冻融活动区;换填厚度与冻深近似呈正比关系;随着换填深度的增加,砼衬砌渠道的法向冻胀量减少;渠道阴坡、阳坡及渠底的换填率分别为53.9%、58.2%、79.8%时,砼衬砌板的法向位移分别减少96.9%、95.54%、96.83%;法向位移0.6～0.7 cm,在规范允许值(0.5～1.0 cm)内,有效地消减了渠道的冻胀破坏,可为工程换填优化设计提供理论参考。     

梯形渠道砼衬砌体冻胀破坏断裂力学模型及应用

在线弹性断裂力学的基础上,运用已有的渠道砼衬砌冻胀结构力学模型,考虑各种冻胀力的作用,通过合理的假设和简化,将砼衬砌板断裂看作是（Ⅰ+Ⅱ）复合型（张拉型+剪切型）裂纹的扩展问题,提出了适用于渠道混凝土衬砌板的冻胀断裂力学破坏准则,建立了渠道阴坡、阳坡和渠底3个不同位置砼衬砌板的冻胀断裂力学模型及砼衬砌板厚度设计方法。运用渠道砼衬砌体冻胀断裂力学模型不仅可以计算出阴坡、阳坡和渠底的砼衬砌板厚度,而且实例应用表明,通过渠道砼衬砌冻胀断裂力学模型指导渠道砼衬砌体设计是一种符合实际工程简单实际有效的方法。