季节性冻土地区渠道防渗防冻胀技术与应用模式

在我国北方季节性冻土地区,混凝土衬砌防渗渠道的冻胀破坏比较广泛,对工程的危害程度最大。在灌区续建配套与节水改造中,目前常用的渠道防冻胀技术措施主要有保温措施、置换措施、隔水排水措施和结构措施等。根据北方16个大中型灌区调查资料,总结了不同条件下渠道防渗防冻胀技术的应用模式,认为在渠道防渗工程冻胀破坏严重的地区,应结合灌区的具体情况,采用防渗防冻胀复合结构形式,才能起到较好的防冻胀效果。     

影响衬砌渠道冻胀破坏严重的关键因素

衬砌渠道冻胀破坏多年来一直影响着宁夏引黄灌区渠道的使用年限和安全运行,制约着灌区发展。通过大量的试验数据对引起灌区混凝土衬砌渠道冻胀破坏的渠床土质、土体密度、气温、地温、冻土深度、冻胀量、基土水份、地下水位等因素进行研究分析,研究衬砌渠道冻胀破坏机理、各影响因素与冻胀破坏的关系,为灌区续建配套和节水工程改造设计与建设提供技术依据。     

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.     

混凝土衬砌渠道置换防冻胀标准化技术模式

冻胀破坏是制约季节性冻土地区渠道衬砌与防渗工程建设的关键因素,采用非冻胀性材料置换渠道冻胀性土壤是有效防止渠道冻胀破坏的措施之一。针对北方寒冷地区渠道冻胀破坏的特点及置换防冻胀技术应用中存在的问题,提出了混凝土衬砌渠道置换防冻胀标准化结构形式,明确了其适用条件和范围,确定了置换层施工的技术要求,并基于热阻等效原理建立了置换层厚度的计算公式,根据工程实例数据确定了计算修正系数,并利用新疆冲乎尔灌区渠道置换防冻胀试验进行了验证,最终的置换层厚度计算值与最佳设计值之间最大误差仅为4.3%,表明该计算公式有较高精确度,对渠道置换防冻胀工程的设计建设可起到一定参考作用。     

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。     

Operation and maintenance experience with various canal linings

Responses from questionnaires sent to 29 established projects are presented on the questions of operations and maintenances of existing canal lining and the choice of linings in future project construction. Cost data yielded some important comparisons. Unreinforced concrete was the choice of O&M personnel in frost-free regions with choice in heavy-frost areas dependent on water table and soil type.The views expressed in this paper are those of the author and are not presented as official or unofficial views of the World Bank.     

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。     

浅析渠道防渗工程中的几个问题

渠道防渗是输水和灌溉工程中节水的关键内容之一。本文分析了渠道防渗材料、防渗结构和防冻方面出现的问题，并提出了解决途径和措施。     

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。     

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。     

渠道防渗防冻复合衬砌结构的研究

在我国北方地区的渠道衬砌工程中,存在着因基土冻胀而造成的衬砌破坏问题。本文提出了以珍珠岩板作为衬砌渠道防冻胀新材料,以及制作珍珠岩板和混凝土防渗板相结合复合板的生产工艺。这为我国季节性冻土地区渠道防渗工程的设计提供了依据。     

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。     

渠道冻胀敏感性数值模拟分析

渠道冻胀破坏机理复杂,其主要影响因素可归纳为土、水、温与附加荷载等4个方面。为了探明渠道冻胀影响因素对于混凝土衬砌渠道的影响程度和规律,利用正交实验设计理论,选取渠道冻胀不均匀系数作为评价指标,渠道断面形式、混凝土衬砌板厚度、分缝位置、渠基土冻胀系数和混凝土衬砌板弹性模量E作为影响因素,利用有限元软件ADINA进行数值模拟,研究各因素对渠道冻胀的敏感性。结果表明,5个因素敏感性由大到小依次排列为:渠道断面形式渠基土冻胀系数分缝位置混凝土衬砌板厚度混凝土衬砌板弹性模量E,从而为探索混凝土衬砌渠道最有效的抗冻胀措施及设计方法提供了科学合理的方法和依据。     

高寒地区灌溉渠系的防冻胀设计

西藏那曲地区气候高寒,渠道冻胀破坏严重。通过才曲塘人工草场灌溉渠系的修建,分析了引起该区渠道冻胀的气候、地质等主要因素,提出了新建渠道时规划和设计方面的防冻胀措施。规划中要依据地质条件选择透水性较强的砂砾石地段,依据地下水条件选择地下水位埋藏较深的地段,依据地形地貌条件选择地形较高的脊梁地带或尽量采用填方渠道规划渠系。设计中对于挖方渠道,采用适变断面、换填、设置排水、保温和架空衬砌等措施,以适应和回避冻胀;对于填方渠道,采用架空渠槽或道渣石垫层明设的措施,以消减或消除冻胀。这些措施对高寒高海拔地区渠道建设具有一定的指导意义。     

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。     

南方平原灌区渠道防渗工程规划方案决策分析

针对目前灌区防渗渠道规划的局限性，引入价值工程的概念，并根据南方平原地区灌区的特点，应用计算机模拟技术，通过对渠道的衬砌费用和节水量的模拟计算，得出更为切合实际的灌区防渗渠道投资效益评价指标，从而确定防渗工程的最优布局以及工程实施的先后顺序。     

非工程措施在山洪灾害防治体系建设中的应用研究

山洪灾害防治非工程措施项目是保障人民群众生命财产安全的重点项目,也是中央财政部门大力支持的项目,但是山洪灾害防治非工程措施项目能否可持续地、正常地发挥其最大效益,与后期的运行管理有直接相关性.文章主要结合山东省枣庄市山亭区的实际情况,分析非工程措施在山洪灾害防治体系建设中的应用.     

大型灌区渠道闸门一体化测控系统

基于自动化控制、网络通信和测量等技术,设计并研发了能够实现信息采集-处理-决策-信息反馈-监控-共享一体化的灌区闸门测控设备,并在甘肃省景电灌区进行了应用和验证.结果表明:渠道闸门一体化测控系统实现了灌区流量数据自动监测、收集和计算分析,提高了计量精度;能够对数据进行存储、查询与展示,实现了数据的共享,形成了灌区水资源管理数据库;实现了渠道流量远程自动控制与调节,提高了管理水平和管理效率;实现了智能手机远程操作,提高了办公效率.灌区闸门测控一体化测控系统的实施减少了灌区现场维护的次数,降低了设备运行成本,极大地提高了灌区水资源管理效率.研究成果可为中国大型灌区水资源科学管理提供有力的技术支撑,对闸门量水测流技术进步进行了有益的探索.     

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...