梯形渠道冻胀数值模拟与边坡系数优化

为了得到梯形衬砌渠道适宜的保温措施和渠道断面形式,采用考虑混凝土材料非线性特性及基土与衬砌间接触力学行为的梯形衬砌渠道冻胀破坏热力耦合数值模型的方法,以黑龙江蛤蟆通灌区总干渠为原型渠道,分析了3种不同保温措施对渠道冻胀量的影响,与不设置保温措施的对比段进行比较,并应用该模型分析了不同边坡系数对梯形渠道冻胀适应性能的影响。结果表明,综合考虑工程安全性与经济性,黑龙江省蛤蟆通灌区渠道最优保温板厚度为渠坡10 cm,渠底12 cm,与试验结果相一致;当梯形渠道保温板厚度取最优值时,梯形渠道最优边坡系数为2,此时渠道衬砌适应冻胀性能较好,工程造价也相对较低;研究结果可为黑龙江及其他北方地区梯形渠道提供参考。

梯形渠道固脚抗冻胀力学模型研究

为探明梯形渠道固脚抵抗基土冻胀破坏的机理和能力并为渠道固脚设计提供依据,对砼衬砌梯形渠道坡板和固脚进行简化和假设,运用材料力学、冻土力学等相关理论,分别提出了在法向冻胀力、法向冻结力、切向冻结力作用下的渠坡衬砌的计算简图及在自身重力、被动土压力、切向冻结力、推力作用下的固脚计算简图。在此基础上,建立了渠坡衬砌、固脚的力学模型,给出固脚稳定验算的计算方法并选用工程实例验证了计算方法的合理性,对不满足固脚稳定条件的工程实例,利用Python程序设计语言给出满足条件的固脚最小尺寸。实例计算结果表明,所建立的力学模型正确可行,与工程实际相符合。研究成果可用于指导工程实践。