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。     

弧脚梯形衬砌渠道抗冻胀及水力合理断面的分析

【目的】推导出适宜于季节性冻土区弧脚梯形衬砌渠道的断面形式。【方法】根据冻土力学、水力学、工程力学理论,分析弧脚梯形渠道砼衬砌冻胀破坏机理及破坏特征,指出对季节性冻土区弧脚梯形渠道最优断面的设计,要从结构抗冻胀和水力学两方面考虑,以砼衬砌体同时满足水力最佳及抗冻胀性能最优为原则,对弧脚梯形渠道断面的最优形式进行推导。【结果】根据工程实践中常用的取值范围,在综合考虑水力最佳断面及砼衬砌板抗冻胀性能最优的基础上,得到最优断面的几何参数,即水力最佳和抗冻胀性能最优的弧脚梯形最优断面为:渠底宽是设计水深的0.53倍,坡脚圆弧半径是设计水深的0.3倍,坡脚圆弧中心角即边坡板的倾角为51°。【结论】此断面形式不但能适应季节性冻土区渠道防渗抗冻胀工程的实践要求,而且便于机械化施工。     

弧形坡脚梯形渠道砼衬砌冻胀破坏的力学模型研究

【目的】探讨弧形坡脚梯形渠道衬砌结构冻胀破坏的力学模型,以科学指导衬砌体的设计与建设。【方法】通过对弧形坡脚梯形渠道砼衬砌冻胀破坏机理及破坏特征的分析,指出了弧形坡脚梯形渠道砼衬砌整体结构的计算简图,是在法向冻胀力、切向冻结力和重力共同作用下的近似薄壳拱形结构,基于此建立了该砼衬砌整体结构冻胀破坏的力学模型。【结果】求出了冻胀控制内力及最大拉应力的计算公式,并结合砼板抗裂条件,给出了胀裂部位、衬砌板厚及抗冻胀破坏验算的一系列计算方法。【结论】弧形坡脚梯形渠道砼衬砌结构较梯形渠道法向冻胀力数值小、分布均匀、恢复力大,整体适应变形及抗冻胀能力强,从而优于梯形断面,为弧形坡脚梯形渠道防冻胀设计提供了科学依据。     

高地下水位弧底梯形混凝土衬砌渠道冻胀断裂破坏力学模型及应用

【目的】在线弹性断裂力学的基础上,对高地下水位弧底梯形混凝土衬砌渠道冻胀断裂破坏力学模型进行研究,为弧底梯形衬砌渠道的设计提供依据。【方法】将高地下水位弧底梯形渠道混凝土衬砌简化为简支梁结构并建立其冻胀力学模型,在考虑材料本身缺陷的基础上结合断裂力学理论,提出了高地下水位弧底梯形渠道冻胀断裂破坏力学模型。运用断裂力学及结构力学等相关理论,考虑法向冻结力的作用,通过适当的简化计算弧底梯形渠道衬砌的相关内力,并提出适用于弧底梯形渠道衬砌的断裂力学破坏准则,利用计算实例对所建立的渠道冻胀断裂破坏力学模型进行验证。【结果】渠道衬砌板的冻胀断裂符合Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的特点,通过建立的弧底梯形渠道混凝土冻胀断裂力学模型,可以计算出渠道阴坡、阳坡、渠底的衬砌板厚度。计算实例证明,所建立的高地下水位弧底梯形渠道冻胀断裂破坏力学模型正确可行、简单实用。【结论】弧底梯形混凝土衬砌渠道优于梯形渠道,是一种冻胀力及冻胀变形较小的结构形式。     

渠道衬砌冻胀破坏研究现状与展望

灌渠衬砌冻胀破坏一直是制约季节性冻土区水利工程发展的瓶颈,关于这方面问题的研究大多停留在理论与现场实测的层面。针对北方寒区灌渠衬砌冻胀破坏理论及渠道衬砌冻胀破坏的研究现状与进展,分析我国在衬砌渠道冻胀破坏研究领域存在的主要问题,提出将各因素综合起来建立统一的力学与变形分析模型是灌渠衬砌冻胀研究的发展方向。     

格宾石笼配合复合土工膜防渗衬砌技术在季节性冻土区渠道衬砌中的应用

衬砌渠道中的冻胀破坏一直是渠道施工及运行管护的重点,尤其在季节性冻土地区冻胀是渠道破坏的主要表现形式。近年来,随着技术的不断发展,衬砌渠道冻胀破坏的防治取得了很大进展。本文分析了渠道冻胀破坏的原因,结合肃州区清水河灌区节水配套改造项目的实施,比较了多种防冻胀措施,并根据实际工程提出了格宾石笼配合复合土工膜防渗衬砌技术,在肃州区清水河灌区渠道衬砌中运用该技术取得了较好的效果,认为该技术方案在季节性冻土区域渠道衬砌中具有典型意义。     

宁夏灌区渠道衬砌破坏成因分析与防治措施探究

在多年工程实践及调查研究的基础上,总结影响渠道防渗衬砌冻胀破坏的主要因素:渠床土质、冻土深度、地下水埋深、渠道走向、衬砌结构型式及材料对衬砌渠道防冻胀的影响,提出应用防渗新材料、换填弱冻胀性土、隔热保温等削减或适应冻胀的措施.     

基于非对称冻胀破坏的大U形混凝土衬砌渠道力学模型

【目的】科学指导冻土地区大U形混凝土衬砌渠道的设计建设。【方法】针对大U形混凝土衬砌渠道的冻胀机理和冻胀破坏特点,通过适当的假设,建立了大U形混凝土衬砌渠道非对称冻胀破坏的力学模型。【结果】只需选取最大冻结力一个参变量,即可求解渠道衬砌板上的冻胀力,并结合混凝土板抗裂条件,给出内力、胀裂部位、冻胀抗裂板厚及抗冻胀破坏验算等一系列计算方法。【结论】工程实例计算表明,该模型安全合理、简单实用,可为大U形混凝土衬砌渠道防冻胀设计提供科学依据,并为建立其他形式的渠道冻胀破坏力学模型提供参考。     

浅谈冻土地基的处理方法

在冻土地区修建结构物,除了要满足非冻土区结构物所要满足的强度与变形条件外,还要考虑以冻土作为结构物地基时,其强度随温度和时间而变化的情况。所以采用什么样的防冻胀和融沉措施来保证冻土区结构物地基的稳定,是关系到冻土区工程建设成败的关键所在。冻土基地对结构物的影响主要有冻胀和融沉两种破坏形式,因此,冻土地基应从保持冻结和允许融化两种状态分别进行处理,以保证冻土区结构物的安全和正常使用。     

冻土地区管道建设面临的工程技术难题

介绍了国内外冻土地区管道工程技术现状，针对冻土地区管道沿线和周围（岩）土的冻胀和融沉问题，提出了相应的对策。以格拉输油管道为例，探讨了冻土地区管道工程可选择的敷设方式、油气管道的电保护技术、气候和环境变化对管道的影响以及沿线环境管理等方面的问题。     

浅谈马营河灌区混凝土渠道冻胀破坏与防治

通过对河西马营河灌区续建配套与节水改造工程中混凝土渠道冻胀破坏问题的处理,分析了现浇混凝土渠道冻胀破坏的成因形式及造成渠道冻胀破坏的来水途径,并结合本地区的实际情况提出了几种防治混凝土渠道冻胀破坏的措施.     

输油管道冻胀安全性研究现状与趋势

中俄原油管道经漠河进入中国,穿越我国北方多年冻土区和季节冻土区,受冻融影响可能引起管道的变形破坏.介绍了国内外高寒冻土区输油管道冻胀安全性问题的研究历程;研究分析了冻胀理论模型:饱和冻土中水分的迁移模型、冰晶体形成原理的一维冻胀模型等;给出了低温环境下管道结构防护的主要工程措施:管道四周回填和允许冻胀法设计;论述了饱和正冻土和非饱和正冻土中的水、热、力耦合模型理论;提出以改善数值物理模型与高性能管道钢材开发为科研攻关的研究方向,为高寒冻土区管道的安全建设和运行提供参考.     

浅谈甘肃中部渠道冻胀问题及防治措施

一、概述 甘肃中东部属季节性冻土地区,年平均气温低,平均最低气温-20℃～-25℃,最大冻土深度1.5m.该区属内陆干旱、半干旱区,年降水量190～650mm,年蒸发量为1000～3000mm.每年初冻时间为10月中下旬,解冻时间为3月下旬至4月上旬.冻胀(冻害)破坏除气候条件外,地层及地下水也是重要因素,对于岩层条件来说,本区多分布有细粒的土层,即壤土、粘土等,其透水性差,一般为微弱、极弱透水层.据地下水与渠道地基的关系,将渠道冻胀分为三种情况:①地下水位远远低于渠底高程,渠道冻胀的水源只来自渠道渗漏.②地下水位虽低于渠底高程,但渠底处于渠基地层的毛细上升高度之内.渠道冻胀除渠道渗漏水的影响之外,均由毛管水的冻胀引起.③地下水位高于渠底高程,渠道冻胀主要受地下水影响.     

太阳辐射作用下冻结期衬砌渠道温度场分析

【目的】对季节性冻土区衬砌渠道在太阳辐射作用下的温度场进行数值模拟,分析太阳辐射对渠道温度分布的影响。【方法】利用Hottel太阳辐射模型,结合热传导理论和有限元分析方法,考虑渠道自身的遮蔽作用,对太阳辐射作用下的梯形衬砌渠道的温度场进行计算。【结果】提出了梯形渠道太阳辐射的计算方法;衬砌渠道表面太阳辐射的日变化表现为早晚最小、中午最大;渠道阴、阳坡接受到的太阳辐射差异明显,阴坡太阳总辐射约为阳坡的20%;渠道表面温度的日变化趋势与大气温度相同,近似为正弦分布,其温度变幅小于大气温度变幅,变化滞后于太阳辐射约2.5h,阴、阳坡温度最大相差4℃左右,阳坡温度值与日间温度增加速率均大于阴坡。【结论】渠道温度变化与太阳辐射有密切关系,阴、阳坡接受到的太阳辐射量不同是渠道温度存在较大差异的原因,太阳辐射是渠道冻融循环的动力,在渠道冻胀研究中必须考虑太阳辐射的影响。     

水工建筑物的冻害及防冻措施

沈阳地区属于季节性冻土区,冬季漫长,1月份极端温度达-33.1℃,冻土深度为1.2～1.5米,每年水工建筑物及田间工程冻胀现象普遍,对工程造成的破坏十分严重,也限制了某些新技术的推广应用。结合地区的实际情况,介绍一下水工建筑物防冻及抗冻措施。     

谈固原灌区衬砌渠道的破坏原因及防治对策

通过对固原灌区衬砌渠道冻胀破坏内在机理和影响因素的分析,介绍了衬砌渠道防冻胀破坏的几种措施,使固原地区衬砌渠道应用中的防冻胀破坏措施效果良好。     

渠道冻胀与防治探析

渠道冻胀破坏是由于渠基土受冻体积膨胀顶托衬砌而形成,使已建的渠道遭到严重破坏,并且使其使用寿命大大缩短,渠道冻胀破坏已成为灌区建设一大技术难题。基于此,通过对渠道冻胀机理、渠道土的冻胀性分类、渠道冻胀破坏的原因等进行分析,提出渠道冻胀破坏的预防和控制措施,以期对     

试论防渗渠道的抗冻设计

渠道的冻胀破坏问题一直都是水利工程所面临的一个重大难题。文章分析了防渗渠道冻胀的破坏形式及其原因,提出了防渗渠道的抗冻设计对策。     

梯弧形断面渠道的应用

梯弧形断面形式是在梯形和U形渠道断面基础上演变成的一种新型断面形式,本文主要对梯弧形实用经济断面的计算和选用梯弧形断面的优点做了简要介绍,体现了梯弧形断面渠道的抗冻胀能力,并对渠道运行管理提出一些建议。     

混凝土衬砌渠道冻害及防治措施

在我国北方季节性冻土地区,混凝土衬砌渠道普遍存在冻胀破坏问题。本文分析了混凝土衬砌渠道冻胀破坏的形式和成因,提出防治冻害的措施。