整体式U形渠道不同断面结构抗冻胀性研究

针对倾角与渠道衬砌抗冻胀性定量关系存在不足的问题，以河套灌区D80整体式U形渠道为例，结合力学模型和数值模拟，分析不同条件下适用于当地冻胀环境的整体式U形渠道断面结构.结果表明:倾角越小渠道越窄深，渠顶水平冻胀量越大，渠底应力越大；反之，倾角越大渠道越宽浅，渠底竖向冻胀量越大.渠基土冻胀性、渠道混凝土衬砌强度和厚度对渠道抗冻胀性影响较大.对于亚黏土基土，选择0.07m厚衬砌，10°倾角为宜；对于粉土基土，选择0.08m厚衬砌，13°倾角为宜.     

基于横观各向同性冻土的U形渠道冻胀数值模拟

将冻土分别视为各向同性和横观各向同性线弹性材料,把渠基冻土和渠道衬砌作为一个整体结构,视基土冻胀为热胀冷缩的特殊情况,应用大型有限元通用软件ANSYS,对U形混凝土衬砌渠道冻胀进行热应力耦合数值模拟,计算渠道冻胀的温度场、应力场和变形场,研究衬砌板冻胀力和变形规律,并对结果进行对比分析.结果表明,数值模拟方法能较好地反映U形混凝土衬砌渠道的冻胀机理和冻胀温度场、应力场及变形场的基本规律,横观各向同性比各向同性更能反映冻土的本构模型,与实测成果吻合更好,可用于U形混凝土衬砌渠道抗冻胀设计.     

混凝土衬砌渠道冻胀破坏的机理及力学分析

分析混凝土衬砌渠道冻胀破坏的现象和机理,给出了梯形混凝土衬砌渠道的冻胀力学模型,并进行了受力分析与载荷计算.提出了寒区混凝土防护层渠道最低衬砌厚度的计算方法.     

水-热-力耦合作用下寒区弧底梯形渠道结构优化设计

为合理优化设计寒区弧底梯形渠道的形体结构,基于冻土水热力三场耦合及冻土-衬砌相互作用的渠道冻胀数值模型,结合分层序列法将渠道断面水力参数最优解集作为变量空间,以衬砌结构的强度、刚度及几何构造为约束条件,以衬砌适应冻胀变形能力为目标函数,建立寒区弧底梯形渠道水力-抗冻胀双优数学模型。随后对寒区各类典型渠道工程进行双优结构标准化设计,得到弧底梯形渠道在不同负温、地下水埋深、土质、断面规模下的双优边坡系数、实佳比及衬砌厚度的标准参数,供工程设计参考。研究结果表明：双优结构尺寸参数均随地下水埋深的增大而减小、随基土冻胀率的增大而增大、随冬季负温的降低而增大、随断面规模的增大而增大。以新疆某渠道工程为例,优化后的断面实佳比为1.02,较原设计值增大1.8%;最大法向冻胀量为2.52 cm,较原设计值增大20.0%;最大拉应力为0.95 MPa,较原设计值减小60.4%;衬砌整体柔度为305.47 cm/MPa,较原设计值增大42.3%,水力性能及抗冻胀性能均达到最优。     

浅谈农场混凝土渠道的渗漏原因及防治

<正>目前,石河子垦区的部分农田虽然使用了节水灌溉,但是主渠道大部分还是混凝土渠道。渠断面形式有U形、弧底梯形和弧形坡脚梯形等。在混凝土渠道的修筑中,衬砌有混凝土、砌石等;形式上有混凝土板、等厚加肋板、板与垫层以及砌石与砂砾石垫层复合等;筑渠方法有人工预制安装、人     

浅谈防渗U型渠

防渗效果好、输水能力强、抗冻胀、造价低、工效高等优点的"一次浇筑成型"U形渠衬砌机,是一种节水灌溉设施。该衬砌机利用滑模原理,连续浇筑砼工艺,操作方便,施工速度快,且砼质量高,适合渠道防渗工程。     

温-水-土-结构耦合作用下寒区梯形衬砌渠道结构形体优化

为提高寒区大型梯形渠道结构输水及抗冻胀破坏能力,采用分层序列法构建渠道断面水力与抗冻胀双目标优化方法。为准确反映温、水、土等外环境与衬砌结构耦合作用所导致的渠道冻胀变形过程,基于冻土水-热-力耦合冻胀理论建立了衬砌渠道冻胀分析模型。以水力最优为第1层次优化,以所得形体几何参数作为抗冻胀优化的解集空间;在第2层次的抗冻胀优化过程中提出了衬砌结构整体刚度指标,并以整体刚度指标最小作为优化目标,以衬砌允许最大法向位移和拉应力作为约束条件;通过COMSOL软件二次开发对冻胀模型控制方程进行有限元求解。工程算例表明:优化结果体现了对渠道行水和衬砌抗冻胀的改进;与原设计相比,优化后渠道结构整体刚度系数减小30%～48%,提高了对冻胀变形的适应能力。该方法可为类似工程设计提供参考。     

梯形衬砌渠道边坡(m)的优选方法

在梯形渠道水力最佳断面计算及梯形衬砌渠道侧墙稳定性计算的基础上,根据侧墙厚度变化和渠道占地变化所引起费用变化的经济分析,提出了梯形衬砌渠道主要由满足侧墙强度要求的最小板厚决定边坡（ｍ）的方法,改变了过去渠道设计中仅凭经验或单纯以水力断面最优选取边坡的局限性。据此优选的边坡（ｍ）既兼顾了水力断面最优又具有侧墙的稳定性,从而使衬砌量最小。     

考虑渠内水影响的冬季输水渠道冻胀的数值模拟

针对季冻区冬季输水混凝土梯形衬砌渠道在运行中的冻胀问题,本文进行水热力耦合模型数值模拟,分析渠道供水期渠内水对渠道冻胀量的影响。在利用水热力耦合模型,同时结合水热力相互作用方程和有限元分析方法对供水期的梯形混凝土衬砌渠道的3个基本物理场实施计算,并与停水期混凝土梯形衬砌渠道的三场实施对比,最后结合实测数据进行误差解析。结果表明:冬季输水混凝土梯形衬砌渠道的3个基本物理场与停水期明显不同,但根据模拟所得数据可建立冬季输水混凝土梯形衬砌渠道冻胀预测曲线,并经分析比对后发现预测构造曲线与原型观测曲线基本重合;季冻区冬季输水混凝土梯形衬砌渠道供水期与停水期的渠道最大冻胀量相差约65 mm,表现出显著差异。上述结果表明,渠内水是渠道冻融循环中热源补给的重要来源之一,是冻胀量产生差异的重要原因,因此在渠道冻胀研究中极有必要考虑渠内水的影响。     

寒区渠道刚性护砌层受冻胀时的内力分析

根据寒区渠床土沿断面高度含水率分布不均致使冻土产生不均匀冻胀量的理论，分析边坡板的冻胀变位，研究了板与冻土间的相互约束关系，合理地解释了边坡板在实际工程中沿斜坡整体上移和隆起架空的现象。明确了渠道护面板受冻胀时的受力模型，确定边坡板是偏压构件，底板是压弯构件，从而提出了较为完整的寒区刚性护面渠道护砌层受冻胀时的内力计算方法。     

大断面刚柔混合衬砌渠道接触特性的有限元分析

近年来刚柔混合衬砌渠道发展迅速,这种渠道为混凝土衬砌板-复合土工膜-渠基土壤为一体的全断面衬砌结构,而混凝土衬砌板与复合土工膜、复合土工膜与渠基土壤的接触特性直接影响着工程的稳定性。本文针对引额济克大断面梯形刚柔混合衬砌渠道,在室内试验的基础上,基于弹塑性力学基本理论、应变软化基本理论和邓肯-张基本理论,采用有限元方法对刚柔混合衬砌渠道的接触特性进行了数值模拟,得出了复合土工膜与渠基土壤结构接触面的剪切变形和位移的分布规律。模拟结果表明:最大位移和应力变形发生在渠道坡板与底板交界处,说明在交界产生应力集中现象;应力值随渠道断面高程增加而减小,自重效应明显,渠道混合衬砌结构所承受的应力和变形在合理范围内。上述结果可为分析和评价刚柔混合衬砌渠道边坡稳定性提供依据。     

梯形砼衬砌渠道温度应力应变的有限元分析

为给梯形渠道的优化设计提供依据,将冻土视为横观各向同性线弹性材料,把冻土和混凝土衬砌作为一个整体,采用有限元软件ANSYS10.0分析了新疆兵团农八师西岸梯形渠道冻胀的温度场、应力场和变形场.以上分析的结果与实测的数据相吻合,二者的误差满足精度要求,表明采用有限元计算方法分析梯形渠道的温度应力、应变是可靠的.     

季节冻土区刚性衬砌渠道温度、应力及冻胀变形场的计算

根据季节性冻土的特点,通过假设及简化后利用有限元方法对季节冻土区的渠道基土的冻胀及受力进行数值计算,获得渠基土及刚性衬砌层的温度、应力和位移变化情况,其中衬砌层的应力可作为季节冻土区的刚性衬砌层的结构设计或结构强度的验算的依据。本文计算的结果与实际工程中衬砌层较厚的刚性衬砌渠道的破坏类型符合,即在坡脚处产生裂缝,渠顶宽度变小的破坏情况;合适的材料本构关系及准确的力学和热力学等性质指标是用有限元方法获得较精确计算结果的保障。     

弧形底梯形渠道混凝土衬砌板下温度与气温间的关系研究

基于弧形底梯形渠道混凝土板衬砌冻胀观测试验,分析讨论了气温对衬砌板下温度的影响及其两者间数量关系。研究结果表明:初冻期板下20 cm地温稳定通过0℃,冻结期及融化期内板下20 cm处地温始终小于日平均气温;冻结期内负积温是影响板下温度的最关键因素;大气与土壤间的热量交换值在初冻期、冻结期、融化期依次增大;负积温与板下地温及冻深间均很好地符合二次多项式相关关系。     

水利渠道防渗工程技术浅析

水利渠道防渗工程与用水系数和社会经济效益息息相关,为缓解水资源紧缺,本文对水利渠道防渗工程的主要相关技术进行了介绍,水利渠道防渗工程技术主要涉及到防渗材料的选用,可分为土料、石材、混凝土和薄膜材料等;特殊基土的处理,包括盐渍土、冻胀土和膨胀土;渠道断面,包括U型断面、弧形坡底梯形和弧形坡脚梯形等断面,此外本文还对目前渠道防渗工程技术存在的问题做了浅析, 以期为水利工作者在相关方面的工作提供参考.     

聚合物涂层与沥青混凝土衬砌渠道冻胀模拟

为了研究青混凝土与柔性增强涂层材料两种防渗抗冻胀技术的有效性,采用有限元分析软件ADINA,对其进行温度场、变形场及应力场仿真分析,研究了衬砌板的冻胀变形及其法向冻胀力和切向冻胀力分布规律,并分析衬砌板的应力及破坏规律;通过与普通混凝土衬砌对比分析,指出采用沥青混凝土、柔性增强涂层材料等柔性防渗抗冻胀材料不仅能使衬砌板的冻胀量及冻胀力更加均匀,而且通过释放变形,可使其法向及切向冻胀力减小25%～46%,可有效控制衬砌渠道冻胀破坏.     

岩塞爆破空气冲击波对岩塞近区隧洞砼衬砌影响的动力学研究

以弹性力学和板壳理论为基础,研究了岩塞爆破空气冲击波对岩塞近区隧洞砼衬砌的影响,导出了其整体应力分布的解析解,其解对实例的计算结果与实际情况相符,说明该模型对研究塞爆破空气冲击波对隧洞混凝土衬砌的影响具有实际指导意义。     

冬季冻区混凝土输水渠道冻胀特性的数值模拟

根据新疆玛纳斯河流域红山嘴四级电站引水渠道的气温观测资料以及衬砌渠道冻胀破坏特征,利用对流传热公式并采用有限元软件按稳态热分析计算温度场,对冬季输水混凝土衬砌渠道冻胀过程进行了数值模拟,研究了渠道在冬季输水状态下的土体冻胀变形规律。计算结果表明:冬季输水渠道渠坡板的法向冻胀力峰值要比冬季停水渠道渠坡板法向冻胀力峰值高,且距离水位面1/3~1/2以上的渠坡板处易发生冻胀破坏,而现有渠道设计中过水断面的形式和结构设计均未考虑冬季输水状态下渠道法向冻胀力与切向冻胀力与停水渠道受力之间的差异,以及破坏位置的上移,这是不符合实际的。     

景电二期灌区支渠衬砌设计技术改进

景电二期灌区支渠衬砌设计主要采用渠底为弧线的梯弧形、梯形、"U"形等三种形式。初期运行达到设计标准,满足灌溉要求。但运行数年以后,梯弧形断面支渠逐渐出现渠道偏心、弧形底板粉化等问题,维修管理费用提高,使用期限缩短问题。经过多年的改进运行实践证明,梯形断面支渠适应景电二期灌区情况,能够满足灌区过水需求,能够解决渠道的偏心破坏问题,改善渠道运行状况,延长渠道使用寿命。在景电一期灌区续建配套与节水改造工程中广泛应用,对降低工程成本及运行管理费用效果显著。     

西电灌区节水改造中的渠道防渗技术

通过西电灌区渠道防渗改建工程设计,总结了灌区渠道运行现状及存在的主要问题,详细论述了弧底梯形渠、现浇U形渠、预制U形渠等渠道防渗技术在灌区节水改造工程中的应用。