渠道防渗工程的冻胀破坏及防治措施

渠道防渗是一项重要的节水工程措施，由于冬季严寒，常造成一定的冻胀破坏。防治冻胀破坏，要从渠系规划布置、渠床处理、排水、保温、衬砌的结构型式、衬砌材料、施工质量、管理维修等方面综合考虑，采取针对性的回避冻胀和消减冻胀措施。     

刚性衬砌渠道不同纵缝削减冻胀效果的数值模拟

为了探明刚性衬砌渠道设置不同纵缝削减冻胀的机理及量化影响规律,提出削减冻胀的有效工程措施,该文利用有限元软件ADINA对坡脚处、1/3坡高处、宽底板的中心处分别设纵缝和不设纵缝的刚性衬砌渠道冻胀过程进行数值模拟,分析了温度场、变形场及应力场,特别研究了衬砌板的冻胀变形及其法向和切向冻胀力分布规律。通过对比分析表明：合理设置纵缝不仅能降低最大冻胀量61%,最大法向冻胀力45%,最大切向冻胀力32%,而且可使冻胀分布更加均匀,显著削减刚性衬砌渠道的冻胀破坏;削减冻胀的显著性依次是1/3坡高处设纵缝、坡脚处设纵缝、不设纵缝;但针对坡板较短、底板较宽情况在坡脚及底板中心处都设纵缝效果最好,降低最大冻胀量67%,最大法向冻胀力59%,最大切向冻胀力45%;数值模拟结果与工程实践基本一致。研究结果表明渠道冻胀的有限元数值模拟能够为季节冻土区渠道工程设计及力学计算提供参考和科学依据。     

三板拼接式小型U形混凝土衬砌渠道冻胀破坏力学模型

研究土体冻胀对渠道混凝土衬砌结构的影响,对于保障季节性冻土地区渠道输水效率具有重要意义。以三板拼接式小型U形渠道混凝土衬砌结构为对象,研究其在冻胀作用下的受力状态。依据叠加原理将冻胀视为重力、切向冻结力、法向冻结力及法向冻胀力的共同作用,利用结构整体及局部的平衡关系,根据渠道的结构型式、破坏特征及原型观测结果,建立了衬砌结构的冻胀破坏力学模型,给出了便于设计应用的计算公式。对野外观测中的某渠道各部位内力计算结果表明,三板拼接式小型U形渠道混凝土衬砌结构以压弯为主,与实际破坏特征相吻合。刚性接缝处承受较大的轴力和剪力,是结构受力的薄弱位置。为减轻冻胀破坏程度,进一步建议衬砌板直线段倾角α在[22,26]度间取值,坡板弧段圆心角θ略大于U形渠底圆心半角,法向冻结力的合力作用点为从渠顶沿直线段向下2/3处。研究结果可以为季冻区三拼式小型U形混凝土衬砌渠道的设计提供参考依据。     

混凝土预制板衬砌梯形断面渠道的冻胀破坏受力分析

为了探讨寒区混凝土预制板衬砌渠道的受力问题,该文经过大量的野外实地调查研究,总结了寒区混凝土预制板衬砌梯形渠道通常发生的冻害形式,同时分析了该衬砌结构发生冻胀破坏的机理。在此基础上,通过合理假设并运用力学基本理论提出了衬砌结构受冻胀破坏的力学模型,推导出渠坡衬砌板、渠底衬砌板最大内力计算公式,只要根据有关规范或试验确定了最大冻结力,混凝土预制板的内力即可求解;在理论推导的基础上,结合工程实践给出了判断衬砌结构发生冻胀破坏的3个准则。该研究可为今后的工程设计提供一定的理论依据。     

季节冻土区刚柔混合衬砌梯形渠道冻胀机理试验

输水渠道冻胀破坏是寒冷地区渠道破坏的主要表现。为了探明刚柔混合衬砌渠道的冻胀机理,分析复合衬砌渠道的冻胀变形规律和冻胀过程中的水分变化规律,以及柔性复合土工膜的变形特征,该研究借助季节冻融条件下刚柔混合衬砌梯形渠道的原型观测成果,分析了刚柔混合衬砌渠道的最低地温变化规律、冻深变化规律和冻胀量与冻胀力的变化规律,重点研究了冻融条件下渠基土壤的水分迁移规律,以及复合土工膜的变形特征和强度变化。结果显示:刚柔混合衬砌渠道的冻胀变形最大值位于渠底和阴坡1/3处,最大冻胀量为11.2和13.1 cm,衬砌结构向上隆起。冻结期,渠基土壤0~60 cm深度范围内含水率随深度增加而增大,60~120 cm深度范围内的含水率随深度增大而逐渐减小。水分迁移最大值发生在渠道底部,迁移率为13.2%。经过一个冻融周期的循环,复合土工膜的强度和变形量仍然保持在90%以上,强度和变形损失值较小,可充分发挥复合土工膜防渗抗冻胀和适应变形的特性。该研究为刚柔混合衬砌渠道的设计、推广应用提供了理论依据。     

梯形渠道砼衬砌冻胀破坏的力学模型研究

通过对梯形渠道砼衬砌冻胀破坏机理的分析,指出了渠坡衬砌板的计算简图为在法向冻结力、切向冻结力、法向冻胀力及衬砌板约束力作用下的两端简支梁;渠底衬砌板和两衬砌板都属压弯组合变形构件。提出了梯形渠道砼衬砌冻胀破坏的力学模型,并解出了渠坡衬砌板、渠底衬砌板控制内力及最大拉应力计算公式,结合砼板抗裂条件给出了冻胀力、胀裂部位、冻胀抗裂衬砌板厚度及抗冻胀破坏验算的一系列计算方法。指出了衬砌板上除重力以外的各种冻结力、冻胀力及相互约束力的大小及方向都是相互依存,最终都可以表达为最大切向冻结力的函数,而最大冻结力则是反映土质、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,力学模型就可求解。工程计算表明该模型是安全合理、简单实用的。     

北方灌区混凝土衬砌渠道断面优化及参数分析

人工明渠是中国北方灌区采用的主要输水方式。合理的渠道断面参数计算是水利计算中的重要环节。因此,合理的模型与较高精度的计算方法是求解渠道断面的关键。然而传统灌区混凝土衬砌渠道断面优化设计仅从最优水力断面角度出发,考虑单一水力要素,而忽视了渠道冻胀安全以及工程造价的问题。该文建立了以最优水力断面、工程造价最小为目标,满足混凝土衬砌渠道冻胀要求的数学模型。根据模型非线性的特点,利用自适应粒子群优化算法,对混凝土衬砌渠道梯形断面结构进行优化,选用自适应粒子群算法可以很好地克服算法陷入局部最优解的问题。建立的模型将混凝土衬砌量与工程占地最小作为目标函数优化。优化结果在最佳水力断面基础上,满足边坡稳定与工程量最小。最后将模型应用于黑龙江依兰县倭肯河灌区学兴干渠,分析了渠道边坡系数、渠底宽和渠道水深对目标函数的影响规律。优化结果表明,模型计算所得渠道工程占地减小1.5%,混凝土衬砌量减小1.8%。各个参数中,边坡系数对目标函数影响较大。混凝土衬砌厚度由土壤性质、冻结力大小所决定。该研究成果为提高寒区混凝土防渗渠道优化设计水平及灌区运行效益提供了理论依据。     

基于昼夜温度变化的混凝土衬砌渠道冻胀有限元分析

为了掌握衬砌渠道冻胀量及冻胀力随昼夜气温变化的发展规律及冻胀破坏极限状态,根据冻土力学及冻土物理学理论,利用有限元软件ANSYS按瞬态温变模式加载温度,对衬砌渠道冻胀过程进行数值模拟,研究了其温度场和冻胀变形及法向冻胀力与切向冻胀力随时间的变化规律。结果表明：渠道冻融破坏除因渠基土冻胀外,阴阳两坡的温度、冻胀变形、冻胀力既不均匀不对称变化又不同步,也是渠道冻胀破坏的重要原因;阳坡滞后阴坡约15 d冻结,最大冻胀量及最大冻胀力滞后日平均最低气温约4 d,日内最大冻胀量及最大冻胀力滞后日最低气温约1 h;模拟结果与野外观测资料基本吻合,但比稳态数值模拟结果偏大,表明了运用瞬态数值模拟进行渠道抗冻胀设计的正确性和合理性。     

大型U形混凝土衬砌渠道季节性冻融水热耦合模型研究

依据温度梯度理论,论述了大型U形混凝土衬砌渠道冻胀机理;运用原型观测成果,建立了大型U形混凝土衬砌渠道季节性冻融水热耦合二维模型,采用混合型Richards方程对冻结过程中渠基非饱和土壤水分运移进行了模拟;并用冻结水分运移量、气温和冻深观测值分别建立了冻深、冻胀预测模型.经检验:模拟曲线和预测曲线与原型观测曲线基本吻合.该研究为大型U形混凝土衬砌渠道设计、推广应用提供了理论依据.     

U形混凝土衬砌结构冻胀性能离心模型试验研究

为了控制季冻区渠道混凝土衬砌结构的冻胀破坏程度,基于小型U形渠道混凝土衬砌结构的冻胀破坏特征及抗冻胀性能,通过取消衬砌结构的刚性接缝形成整体式大跨度U形混凝土衬砌结构,并利用冻胀离心模型试验研究该衬砌结构的冻胀效应。试验表明,土温在冻结前期降幅较大,渠坡两侧土体降温快于渠底。整体式大跨度衬砌结构呈偏心受力状态,坡板上部上表面受拉,底板上表面受压。变形性能良好,在持续负温作用下没有发生明显的破坏,冻胀变形从坡板变形开始,随着渠道底部土体温度的下降,引发结构整体变形,底板大幅抬起。结构以向上抬升为主,同时沿法向向衬砌结构中心收缩。底板和坡板的抬升最大分别可达16、4 mm。渠坡向内回缩约5 mm。整体式大跨度U型混凝土衬砌结构抗冻胀性能良好,能在一定程度上减轻衬砌结构的冻胀破坏。     

单流道叶轮水力设计方法的研究

系统论述了单流道叶轮水力设计的新方法，新方法较原方法简单、可靠和实用，尤其便于编制计算机辅助设计软件。在对现有的优秀单流道叶轮水力模型进行归纳总结的基础上，给出了用速度系数法设计轴面图时的各速度系数值。借鉴双流道叶轮水力设计中平面图的设计方法，提出了新的单流道叶轮平面图水力设计方法。介绍和分析了新的流道截面面积变化规律和平面图流道中线方程，同时还给出了编程方法及其设计实例的实验结果。     

U形渠道量水槽的性能分析与筛选研究

U形渠道抛物线形喉口式量水槽、直壁式量水槽、长喉道圆底形量水槽具有与U形渠道自然衔接,无底坎,不淤堵的优点,适合在多泥沙U形渠道中应用,该文采用模拟方法,系统分析了这3种量水槽在不同尺寸、底坡和糙率条件下的U形渠道的适应性、壅水高度、工程量及其量水精度等技术指标,结果表明：抛物线形喉口式量水槽的适用面广、工程量小、壅水高度较低,量水精度与其它两种量水槽的量水精度相当, 能满足灌溉测流要求。因此,在多泥沙U形渠道测流时应优先选择抛物线形喉口式量水槽。     

2007-2017年府谷-龙门段河道冲淤特征及其动力机制

[目的]河道演变是水流、泥沙与河床边界相互作用的结果,对水利工程的安全、洪涝灾害的防控有显著的影响。黄河中游府谷—龙门段位于晋陕峡谷地带,以黄土高原沟壑侵蚀地貌为主,流经的黄土高原地区是黄河泥沙的主要来源,因此研究该河段的河道冲淤特征及影响因素对控制黄河中游水土流失有重要意义。[方法]基于府谷、吴堡、龙门3个典型水文站径流泥沙及河道断面数据,分析了2007—2017年府谷—龙门段河道冲淤特征及相关影响因素。[结果](1)近11年来府谷—龙门段河道整体表现为冲刷,其中府谷—吴堡段表现为河道冲刷量逐渐减小,吴堡—龙门段表现为河道冲刷逐年加剧。(2)府谷—吴堡段呈水减沙增的趋势,吴堡—龙门段整体表现为水多沙少,两河段河道冲淤量与水流含沙量变化同步。(3)府谷—吴堡段悬移质泥沙中值粒径呈增加趋势,河道冲刷变缓;吴堡—龙门段悬移质泥沙中值粒径呈减小趋势,加剧河道侵蚀。(4)府谷站入黄泥沙量增加,河道侵蚀力降低,河道冲刷变缓;吴堡站入黄泥沙量减少,河道侵蚀力增强,河道处于冲刷的状态。[结论]径流泥沙的变化在很大程度上影响了府谷—龙门段河道冲淤。在生态环境有所改善的背景下,研究该河段河道冲淤特征及动...     

滦河迁安段生态防洪工程效益分析

滦河是华北地区的第二大河流，也是迁安市的母亲河。其对该区社会经济发展的作用举足轻重。迁安市从2003年开始，对境内河段采用超常观念和大量新技术、新成果，进行了脱胎换骨式的综合治理和改造。治理后的河段具备“防洪、蓄水、造地、美化”四大功能，更具十分明显的社会、经济、环保、生态效益。为该区未来社会、经济可持续发展，提供了生机和活力。     

山洪截流沟过水断面的分段法设计探讨

详细分析了影响截留泡过水断面的主要因素,提出了采用分段法设计断面的原理及方法。这种新的设计方法,不仅考虑到了暴雨强度和集雨面积,还考虑了过水断面的流量变化和抗冲能力,设计出的断面将沿流向随集雨面积的增加而增大,改变了过去断面首届宽度一致的不合理开挖状况,既保持了我流沟的原有功能,又可使过水断面不冲不淤,还具有开挖量小、占地少的优点。因此,采用分段法设计截流泡过水断面是可行的,有一定实用推广价值。     

茶园地面覆盖的保温防冻作用

以茶园为研究对象,设置两种厚度的稻草覆盖、地膜覆盖和不覆盖(对照)4种处理,在最冷月份(2009年1月)连续观测覆盖层表面及其对应的地面最高温度、最低温度,研究地表覆盖的保温作用和对茶树的防冻效果。结果表明,逐日最低温度与太阳辐射日总量呈显著的反相关关系,其中覆盖物表面最低温度与太阳辐射的相关系数大于覆盖下地表面。观测期间深草、浅草与地膜覆盖的地面最低温度平均值分别为1.2℃、1.1℃和-1.4℃,分别比对照高4.4℃、4.3℃和1.8℃,稻草覆盖的保温作用明显强于地膜覆盖,但稻草厚度差异所产生的保温作用差异不显著。同时观测到,地膜覆盖处理的地表最高温度明显高于对照,而稻草覆盖处理的地表最高温度明显低于对照,不同厚度稻草覆盖处理间的差异不显著,说明地膜覆盖有明显的增温作用而稻草覆盖没有。进一步观测发现,稻草覆盖处理的茶树冠层叶片冻伤脱落率地膜覆盖对照,但相互间差异不大;而地膜覆盖处理的春茶早芽萌发期最早,稻草覆盖的最晚。     

简支等厚钢筋混凝土U形渡槽截面优化的研究

根据作者多年的研究成果,利用近代发展起来的结构优化理论,对简支等厚钢筋混凝土U形渡槽,在过槽流量模数K和渡槽计算跨度L的各种组合情况下,进行了一系列优化计算,得到U形截面最优几何参数R_y(计算半径)、t_y,(槽壁厚度)、f_y(垂直段高)、δ_y(横杆截面高度)和ΔF_y(侧梁截面面积)等随K和L的变化规律。据此绘成各种K值下的R_y—L、t_y—L、f_y—L、δ_y—L和ΔF_oy—L等关系曲线。设计时,只要已知K、L,即可利用这些曲线立即查到U形截面的各种最优几何参数,拟定出经济合理的最优截面。经大量对比计算得知,利用本法确定的截面,比用常规方法一般可节省25％～35％的造价。     

试论长江源头地区的水土流失

依据长江源头这一特定地区的自然、经济状况、在应用遥感技术调查土壤侵蚀现状的基础上，通过分析影响该地区水土流失的主要因素，阐述了不同侵蚀类型的特点和危害，提出了长江源头地区水土流失的防治途径。     

2000-2019年黄河流域陕西段植被NDVI时空变化及其驱动因素分析

植被是陆地生态系统的重要构成,研究植被变化规律及影响因素有助于加强区域植被生态保护和可持续发展。基于SPOT NDVI和气象数据,采用趋势分析、偏相关分析和残差分析等方法对2000—2019年黄河流域陕西段植被NDVI时空变化特征及其驱动因素进行了分析。结果表明：(1) 2000—2019年黄河流域陕西段植被NDVI总体以0.008 6/a的速率呈极显著增加趋势,不同地域NDVI增速为陕北(0.010 9/a)>关中(0.005 3/a),不同土地利用类型NDVI增速为草地(0.011/a)>耕地(0.008 1/a)>林地(0.007 8/a)。(2)植被NDVI呈增加趋势的面积占比为86.19%,其中显著增加的面积比例为81.90%,陕北(91.87%)>关中(66.91%),林地(97.48%)>草地(90.38%)>耕地(69.78%)。(3)偏相关分析发现90.24%的区域植被NDVI与年降水量以正相关关系为主,66.3%的区域植被NDVI与年均温呈正相关关系。(4)研究区植被NDVI变化受到气候变化、人类活动以及二者共同作用的影响,占比分...     

厚层基材喷射植被护坡植物选型设计研究

坡面植物的合理选型设计是厚层基材喷射植被护坡技术的关键。根据气候区划,并结合厚层基材喷射植被护坡的特点,提出护坡植物的气候区划选型。另外,对护坡植物的播种量及混播进行研究,以指导厚层基材喷射植被护坡的设计与施工。