关于土的冻胀性分类指标和渠道衬砌的抗冻胀控制指标确定问题探讨

目前对土的冻胀性分类均以土的种类、含水量和地下水情况三方面作为分类指标。本文提出土的冰胀性应以土的种类和土的密实度指标来进行分类。土的密实性不仅综合反映了土的含水量和地下水迁移的影响,而且能以它的大小来按人为需要的含水量进行冻胀性控制。这样由包括有含水量影响并对其能进行控制的土的密实度指标来对土的冻胀性进行分类,就比较严格。本文还提出,在根据冻胀特征值大小进行渠道衬砌抗冻设计时,要立足于对衬砌不允许有任何冻胀变形的设计思想,不应该考虑渠道衬砌有允许冻胀残余变位值问题。     

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。     

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。     

季节性冻土地区衬砌渠道的防冻措施

根据青海省防治衬砌渠道冻胀破坏的实践经验和研究成果,分析了季节性冻土地区渠道冻胀的基本特征,提出了防治衬砌渠道冻胀破坏的一系列措施。     

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.     

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。     

衬砌渠道冻胀原理及抗冻胀计算

阐述了衬砌渠道冻胀的基本原理及基本特征，介绍了衬砌渠道抗冻胀计算方法及防冻胀措施的选择。     

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。     

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.     

汾河灌区渠道衬砌防冻胀探讨

阐述了汾河灌区渠道衬砌的必要性，结合近50年灌区渠道衬砌的实践，对防渗渠道冻胀破坏特征进行了分析，从工程设计、运行管理、施工等方面提出了在汾河灌区渠道衬砌工程建设中的改进措施及建议。     

浅析塔里木垦区衬砌渠道冻害原因及其防治措施

通过分析研究，塔里木垦区衬砌渠道冻害主要有冻胀破坏和冰冻破坏。冻胀破坏是由士壤中的水、土体颗粒物理性质和负温所致，大多发生在渠道的中下部。冰冻破坏是由于渠道结冰后渠道衬砌材料受冰压力使渠道受到破坏变形。渠道防冻害处理可通过设计选线、改变渠道结构形式、改变渠基土体的基本结构、使用新型建筑材料及运行管理等方法来实现。对渠道防冻害处理方式的选择，关系到渠道的造价和施工的难易，在今后的渠道设计与运行管理中不断地总结经验，进一步完善衬砌渠道防冻理论和实际运用研究，总结衬砌渠道防冻害的有效措施，加以推广应用。     

北方渠道防渗抗冻技术研究与进展

渠道防渗灌溉技术是大多数灌区的主要输水手段,在寒冷的北方地区,如果渠道防渗设计不当,渠道冻胀破坏会导致防渗失效。文章阐述了防渗工程冻害分析、渠道防冻措施以及渠道防渗抗冻新材料应用等方面的发展状况,指出了目前防渗抗冻方面存在的问题,并阐述了在抗冻胀新材料、新型复合土工膜材料和新型保温复合材料等方面需要继续深化研究的内容。     

浅析渠道混凝土衬砌施工技术

为防止渠床冻胀和地下水扬压力对衬砌体的破坏保证渠道安全,就需在渠道施工中采取防渗衬砌措施。本文对渠道的防渗．防冻胀、防扬压以及混凝土机械化整体浇筑的施工技术进行了分析。     

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。     

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。     

卵石嵌套结构在泉水溢出带渠系改造工程中的应用

为了解决玛纳斯河流域骨干渠道渗漏、冲刷、磨蚀、冻胀等问题,本文通过对玛纳斯河流域泉水溢出带渠道冬季冻胀现象及原因的受力分析,介绍了在蘑大引洪渠改造中,采用混凝土网格嵌套干砌卵石衬砌的设计方案,其特点是能排出基土渗水以消减冻胀,流速分布均匀,受力合理,防冲耐磨,减少了原混凝土衬砌在主冻胀带频繁发生冻胀的现象,是一种在同类条件下值得推广的衬砌形式。     

北方渠道冻胀破坏分析及防渗措施

渠道冻胀破坏是由于渠基土受冻体积膨胀顶托衬砌而形成,冻胀破坏是寒冷地区渠道建设中的一大难题,因此分析冻胀破坏形成的原因,对防渗措施的拟定实施提供了有力的参考。     

寒冷地区渠道冻胀破坏原因及防渗措施

渠道冻胀破坏是由于渠基土受冻体积膨胀顶托衬砌而形成,冻胀破坏是寒冷地区渠道建设中的一大难题,因此分析冻胀破坏形成的原因,对防渗措施的拟定实施提供了有力的参考。     

北方引黄灌区的渠道衬砌现状及冻害防治

本文从渠道防渗抗冻的必要性说起,通过对濮阳市引黄灌区渠道衬砌冻害方面存在的问题,提出了一些防治冻害的措施建议。