温-水-土-结构耦合作用下寒区梯形衬砌渠道结构形体优化 |
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引用本文: | 王羿,刘瑾程,刘铨鸿,王正中.温-水-土-结构耦合作用下寒区梯形衬砌渠道结构形体优化[J].清华大学学报(自然科学版),2019(8). |
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作者姓名: | 王羿 刘瑾程 刘铨鸿 王正中 |
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作者单位: | 西北农林科技大学旱区寒区水工程安全研究中心旱区农业水土工程教育部重点实验室 |
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摘 要: | 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。
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