U形和弧形底梯形渠道衬砌冻胀力的统一解

依据渠道防渗工程技术规范(GB/T 50600—2010)中的规定和说明可知,整体U形渠道衬砌和弧形底梯形渠道衬砌结构的力学计算简图相似,综合考虑渠道衬砌板厚、坡板长、半径和坡板倾角对渠道冻胀内力的影响,基于线弹性力学理论建立了整体U形和弧形底梯形砼渠道衬砌冻胀内力的统一计算模型。利用计算模型的解析解分析了不同因素对整体U形和弧形底梯形渠道衬砌的最大拉应力、最大拉应力位置、法向冻结力和法向冻胀力的影响规律及其敏感性。模型计算结果表明,整体U形砼渠道衬砌最大拉应力的主要影响因素为坡板长和板厚,而弧形底梯形砼渠道最大拉应力的主要影响因素为坡板倾角和坡板长。针对渠道衬砌冻胀破坏的主要原因是冻胀最大拉应力超过了渠道衬砌材料的容许拉应力这一问题,借助该模型给出了确定整体U形和弧形底梯形渠道衬砌最佳厚度的规则和方法。建议进行渠道衬砌设计时,在满足断面流量和经济的前提条件下,整体式U形渠道衬砌可采用"短坡厚板"的设计思想,弧形底梯形渠道衬砌则采用"缓坡短板"的设计思想。     

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.     

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。     

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。     

冻胀过程管土相互作用规律及受力特征

为研究冻胀过程中管-土之间的相互作用规律及受力特征,以不锈钢管及冻胀敏感性粉质黏土为材料,在没有外界水源补充的小型环境模型试验机中进行试验。首先,黏贴电阻应变片于管道上,并将管道及其支架放置于敞口保温箱内;其次,填装土样并同步在每个测点布置温度、水分和土压力传感器;最后,在试验过程中实时监测土体的温度、含水率、土压力、冻胀量及管道的变形和应力等变量,主要分析与讨论降温阶段即持续70 h的冻胀阶段所采集数据。研究结果表明:冻胀过程中管道抑制土体冻胀的实质是抑制土体的水分迁移;管土之间相互协调发展且始终保持着动态平衡,冻胀导致管道发生变形的同时管道又约束着土体的冻胀,冻胀受约束而产生土压力;管道变形以及与管道的距离决定管道对土体冻胀的约束程度;管道变形越小,约束率越大,土压力越大,水分迁移量越小,冻胀越小;而同一时刻管轴线两侧土体的冻胀明显比管底土体的大,且距离管道越远的位置,约束率越小,土压力越小,水分迁移量越大,冻胀越大;土压力随着时间而增大,与约束率呈指数增大的关系,但与冻胀呈指数衰减的关系;冻胀引起管道产生轴向及环向应力,轴向最不利应力分布位置为管中4/8处;环向应力的存在说明管道发生截面变形,在较大的冻胀力或外荷载作用在管道上时,环向应力的影响不可忽视。     

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.     

深部“三软”特厚煤层、双倾斜大倾角、大断面综放工作面切眼支护方法

一、引言涡北煤矿8104工作面为近距离煤层合并开采，双倾斜大倾角。煤层平均倾角30°，平均仰采角度30°；“三软”特厚，82煤平均厚2．92m，f=0．2；81煤平均厚3．98m，f=0．3，煤层松软；两层煤之间夹矸平均厚1．4m，岩性为泥岩；直接顶平均厚度1．89m，泥质页岩；工作面老顶平均厚度31．18m．岩性为硅、铁质胶结砂岩。     

渠道防渗：输水防渗漏工程新途径

在我国，渠道防渗方法可分两类：一类是改变原渠床土壤渗透性能，又可分为物理机械法和化学法。前者是通过减少土壤空隙达到减少渗漏的目的，可用压实、淤淀、抹光等；后者是掺入化学材料以增强渠床土壤的不透水性。一类是设置防渗层，即进行渠道衬砌，可用混凝土和钢筋混凝土、塑料薄膜、砌石、砌砖、沥青、三合土、水泥土和粘土等各种不同材料衬砌渠床。采用防渗措施后，渠道渗漏损失可以减少50％～90％。混凝土衬砌是一种较普遍的渠道防渗形式，防渗防冲效果好、耐久，但投资较大。塑料薄膜防渗国外在20世纪40年代已开始应用，我国60年代以来发展很快，防渗效果好，造价亦较低，一般应用于流速小的渠道。三合土、水泥土等防渗材料可就地取材，造价较低，适于无冻害地区使用。70年代以来，对沥青玻璃纤维等防渗新材料以及机械化施工等方面的研究、推广应用，正逐步得到发展。在有冻害地区进行渠道衬砌，需采取防冻措施。防治渠道冻胀破坏可采用改善土壤性质和减少土壤水分，减轻基本冻胀强度，使衬砌结构适应基土的冻胀变形等方法。 渠道防渗不仅能节约灌溉用水，而且能降低地下水位，防止土壤次生盐碱化；防止渠道冲淤和坍塌，加快流速提高输水能力，减小渠道断面和建筑物尺寸；节省占地，减少工程费用和维修管理费用等。     

混凝土U形渠道冻胀防治技术研究与应用

有机硅防水剂具有增水及高效减水等多种功能。掺入现浇混凝土U形渠,既提高了混凝土的密实度和抗渗能力,又改善了影响渠基土冻胀的主要自然因素—水分条件;降低渠床中土壤水分的冰点,达到减少渠基土冻胀量及节水的目的,增加渠道使用寿命。     

石灰改良路基土的冻胀特性

为探求石灰改良路基土的冻胀特性,采用百分袁、冻融试验箱等组成冻胀试验装置,通过同条件试件内部温度传感器,实时观测试件内部冻结温度,对试验土体进行了开敞式室内冻胀试验.试验结果表明:在相同的含水率下,石灰掺量越大,土体冻胀率越小,土体起始冻胀的温度区间为-2℃左右,当温度降至-10℃时冻胀基本结束,-2℃～-8℃为冻胀现象明显的温度区间,冻胀随温度降低呈现4个阶段的变化;含水率越大,冻胀率越大,掺灰剂量越大,起始冻胀含水率越高;石灰的掺加在一定程度上能抑制土体的冻胀现象.     

不同土样冻胀融沉特性实验和数值模拟研究

为了研究土样、荷载、吸水量以及温度等因素对冻胀量和融沉量的影响,运用多功能冻胀融沉实验系统,分别以粉细砂、粉质黏土、黏质粉土和杂填土为研究对象,进行在试件周边和底部限制变形条件下顶部施加不同荷载的冻胀融沉实验。研究结果表明:(1)土样冻胀变化趋势主要分为三个阶段:缓慢冻胀阶段、快速冻胀阶段以及稳定冻胀阶段;(2)随着冻结温度的降低,土样冻胀量均逐渐增大,并最终趋于稳定;(3)冻结过程中吸水量和冻胀量成正比,变现出良好的想关性;(4)在试样上部施加荷载对试样的冻胀产生明显的抑制作用,随着荷载的加大,冻胀量逐渐减少最终接近于零;(5)无论土样是否受到载荷作用,粉质黏土的冻胀率均为最大,而杂填土的冻胀率最小,且黏质粉土的冻胀率大于粉细砂;(6)冻胀量对融沉量影响较大,冻胀量越大融沉量也越大,且融沉量大于冻胀量。研究成果对土体冻胀融沉的研究具有重要的指导意义。     

基于管沟尺寸的冻胀作用下输油管道应力分析

冻土区土壤因其特殊性易受温度影响,土壤冻胀会使敷设在管沟内的管道翘曲变形。因此,为使有限元分析结果更符合管道敷设在一定管沟尺寸下的实际要求,利用ABAQUS软件建立基于管沟参数的有限元模型,在冻胀作用下分析了管道在不同管沟尺寸参数下的应力分布规律。对比分析了在不同地表温度、管沟坡度、沟底加宽裕量等情况下的管道应力集中现象以及各参数对管道应力峰值的影响。研究表明：管道在冻胀区域与过渡区和非冻胀区会出现应力集中现象,管底冻胀区域中部为高风险失效区,地表温度对管道轴向应力分布影响最显著。管顶最大Von Mises应力在冻胀区域中部且随管沟坡度的增大而增大,过渡区和非冻胀区交界处的最大Von Mises应力随管沟坡度的增大而减小。管沟坡度一定时,过渡区和非冻胀区交界处的Von Mises应力最大,且随沟底加宽裕量的增大而增大。     

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。     

渠基粗、细粒土的冻胀性分类研究

渠基土与工民建地基土比较,由于渠基土经常处于饱和状态,与工民建地基土所处情况不同,其土的冻胀性分类:粗粒土要考虑其可能出现的冻胀性;细粘土则要增加一个土的密实度控制指标。文中仅就这两个问题进行讨论并进一步作出定量分析。     

人工冻结粘性土的冻胀特性研究

冻结法在矿山建设方面应用已越来越多,冻胀对施工的影响也不容忽视,对冻胀进行研究很有必要.通过自行研制的冻胀仪进行试验,并根据试验结果,比较分析两淮地区人工冻结粘性土在不同地层深度和土质下的冻胀特性,以及相同土样的砂质粘土在不同含水率下的冻胀特性,得出了冻胀力和冻胀率随着地层深度的增加而减小的特性.并研究了相同砂质粘土土样在不同含水量下的冻胀特性,得出了相同土样的砂质粘土冻胀率随着含水量的增大而增大,特别当含水量大于塑限时冻胀增量更大的物理特性,对工程应用具有一定的参考价值.     

高寒地区机场道面基层底面冻胀应力的计算

传统的高寒地区机场道面厚度设计,一般较少考虑冻胀作用下道面正常使用的要求,道面在冬季均会产生冻胀现象。基于推导由冻胀引起的作用在道面面层的应力,从能量平衡的角度,推导出了作用在基层底面的冻胀应力解析式。研究结果已在某机场改造工程冻土实验中进行了验算,误差为2%,结果表明该解析解在高寒地区的机场道面和水泥混凝土公路结构层设计中均是有效和可行的。     

The Informatization Construction of Fenghuoshan Tunnel in Permafrost

1BriefIntroductionoftheProject LocatedinKekexilidepopulatedzone,350kmtoGolmudcityofQinghaiProvince,Fenghuoshan TunnelofQinghai TibetRailwayis1338mlong,withatrackelevationof4905mabovethesealevel.It’sthehighesttunnelintheworld.Fenghuoshanregionhasformidablenaturalconditions,witharcticalpineclimate,deficient oxygen,andvulnerableenvironment.It’ssurroundedbyhillswithseverepartialundulation.Ithastypicalaltitudeiceandsnowclimate,whichchangesconstantly.Theregioniscalledtheforbiddenareaforlives…     

寒区衬砌渠道的防冻胀措施

在北方地区由于冬季气候寒冷，衬砌渠道经常受到冻胀破坏。分析了冻胀破坏形成的原因，在此基础上提出了冻胀防治的具体措施，以延长渠道的使甩寿命，使其正常发挥作用。     

渠道防渗中出现冻胀的原因及处理办法

通过对渠道防渗中的冻胀问题进行分析,总结出影响渠道冻胀的主要因素,并结合实际情况,探讨了处理办法。     

含泥量对砂砾土冻胀特性的影响

 为得到含泥量对砂砾土冻胀特性的影响规律,为实际工程防冻胀设计提供理论依据,利用改进的冻胀实验装置进行室内实验,研究了不同含泥量、相同饱和度条件下及相同含泥量、不同含水率条件下砂砾土的冻胀特性。研究结果表明,在封闭条件下,饱和度一定时,冻胀率随含泥量增大而增大,说明过高的含泥量能够产生较大的冻胀,因此控制含泥量是防止砂砾土冻胀的有效措施;含泥量一定时,冻胀率随含水率增大而增大,说明砂砾土的冻胀率受含泥量和含水率共同影响,因此要同时注意防排水和控制含泥量。传统研究通常认为,砂砾土由于粒径较大冻胀不明显,但本实验结果表明,具有一定量的含泥量和含水率的砂砾土也能产生比较明显的冻胀,对工程建设有较大影响,因此在工程实际中不能忽视砂砾土的冻胀。