灌排渠道襯砌結(jié)構(gòu)凍脹力學(xué)模型及數(shù)值模擬.pdf

1、我國是一個(gè)水資源嚴(yán)重短缺的國家，人均水資源占有量排在世界第109位，僅為世界平均水平的1/4。渠道防滲是我國目前使用最廣泛的節(jié)水工程措施，它可以極大地減少農(nóng)業(yè)灌溉用水的浪費(fèi)，節(jié)水潛力巨大。但是，在我國，凍土地區(qū)和季節(jié)性凍土地區(qū)占國土面積的3/5，渠道防滲工程普遍存在著嚴(yán)重的凍害問題。高地下水位區(qū)灌排渠道因其特殊的水文地質(zhì)條件造成對其認(rèn)識(shí)不足。長期以來，工程實(shí)踐中對高地下水位區(qū)灌溉渠道的襯護(hù)，缺乏簡捷有效且經(jīng)濟(jì)適用的方法，許多工程仍采用傳

2、統(tǒng)的渠道防滲襯砌，致使大量已建渠道經(jīng)過短期使用后，渠道邊坡失穩(wěn)，滑塌破壞嚴(yán)重，嚴(yán)重制約了工程效益的發(fā)揮。所以，如何防治高地下水位區(qū)混凝土襯砌渠道的凍脹破壞已成為一個(gè)非常現(xiàn)實(shí)的困繞灌區(qū)健康發(fā)展的問題。 (1)在閱讀和分析大量文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，從襯砌的斷面形式和結(jié)構(gòu)形式等方面分析了目前渠道防滲工程的幾種主要襯砌形式的各自特點(diǎn)；總結(jié)了防治渠道凍脹破壞的基本措施，各種形式混凝土襯砌渠道凍脹機(jī)理及破壞特征等； (2)針對U形斷面渠

3、道的襯砌凍脹破壞特征、機(jī)理的分析，指出最優(yōu)U形斷面應(yīng)是從結(jié)構(gòu)和水力兩方面考慮的，通過合理的假設(shè)，建立簡單合理的力學(xué)模型，以襯砌體結(jié)構(gòu)抗凍脹性能最優(yōu)及水力最佳為原則，最終推出最優(yōu)的U形渠道斷面參數(shù)弧底圓心角和圓弧上部直線段的相對長度； (3)在分析高地下水位區(qū)灌排渠道滑塌、凍脹破壞特征及原因的基礎(chǔ)上，針對性的采用濾透式襯護(hù)結(jié)構(gòu)，通過結(jié)構(gòu)措施從根本上解決了高地下水位條件下灌溉渠道滑塌和凍脹破壞等諸多工程難題，確保了灌排渠道的斷面穩(wěn)定

4、和正常運(yùn)用；并對以前涉及很少的高地下水位灌排渠道凍脹破壞機(jī)理及力學(xué)模型進(jìn)行了初步探討，將單位長度的空心框架襯護(hù)渠道按襯護(hù)面積折算，按全面襯砌渠道建立簡單的對稱力學(xué)模型，只需選取最大凍結(jié)力一個(gè)參變量，即可求解渠道襯砌板上的凍脹力； (4)用大型有限元軟件adina對弧底梯形框架襯砌渠道和整體襯砌渠道凍脹進(jìn)行數(shù)值模擬分析，獲得其溫度場、變形場和應(yīng)力場，得到高水位區(qū)弧底梯形襯砌渠道凍脹受力及變形的基本規(guī)律，并通過對二者比較分析，得出混