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。     

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。     

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。     

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。     

U型混凝土渠道衬砌冻胀数值模拟分析

本文利用有限元分析软件ADINA建立U型混凝土渠道衬砌模型,将实际观测的渠道阴、阳坡和渠底的冻胀量作为荷载加载到有限元模型上进行数值模拟分析,旨在探求渠道衬砌板的冻胀裂缝、等效应力随冻胀加剧的变化发展规律。模拟结果表明,利用ADINA软件可以较为精确的模拟渠道冻胀情况,等效应力峰值出现在直线段与圆弧段衔接处;裂缝首先在阴坡出现,位置为在距弧底大约1/3处,随着冻胀的加剧,阴、阳坡都出现裂缝,且阴坡裂缝多于阳坡。     

弧底梯形渠道无喉道量水槽水力特性的数值模拟

【目的】研究弧底梯形渠道无喉道量水渠槽的水力特性,为灌区水资源的科学管理和可持续利用提供参考依据。【方法】利用Fluent6.3大型计算流体力学软件,基于VOF方法跟踪自由液面,采用RNGk-ε湍流数学模型和PISO算法,对不同收缩比条件下的弧底梯形渠道无喉道量水槽进行三维数值模拟,分析了弧底梯形渠道无喉道量水槽内部流场以及水位流量关系,将模拟结果和实测资料对比验证,同时进一步分析了弗劳德数、临界淹没度等量水槽各项水力性能。【结果】与传统无喉道量水槽相比,弧底梯形渠道无喉道量水槽具有显著优点:(1)量水槽结构简单,过流顺畅且呈良好的流线型;(2)临界淹没度(S)可达0.89,水头损失小,弗劳德数(Fr)0.5,满足测流精度要求;(3)量水槽水位流量关系相关性较好,拟合公式测流平均误差小于5%。【结论】弧底梯形渠道无喉道量水槽结构可为灌区弧底梯形渠道量水提供新的思路和参考依据。     

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。     

渠道混凝土板衬砌冻害与防治

<正>混凝土板衬砌冻害在我国北方寒冷地区普遍存在,渠道衬砌板年复一年的破坏与维修,不仅加大了工程运行的管理成本,而且严重影响着渠道的正常使用寿命。因此,渠道衬砌冻害应引起工程管理单位高度重视。一、衬砌冻胀破坏原因衬砌板冻害分纯温度破坏和冻胀破坏2种,纯温度破坏指混凝土随外界温度降低而冻缩所引起的破坏。所谓冻胀破坏实际上指的是衬砌渠道地基土壤的     

浅谈梯形渠道冻胀受力分析

我国冻土和季节性冻土地区面积较大,研究渠道防渗衬砌结构的冻胀破坏尤为重要。研究梯形渠道冻胀的意义、冻胀破坏的原因以及梯形渠道的受力计算方法,提出了冻胀强度的影响因素以及冻胀系数的计算。从而对工程实际中的渠道设计提供一定的帮助。     

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.