宁夏引黄灌区小型U形渠道混凝土衬砌冻胀监测与分析

季冻区小型U形渠道混凝土衬砌冻胀破坏是灌区水利配套设施的病害之一。选择2个典型灌域的3种不同结构形式和尺寸的小型U形渠道混凝土衬砌进行了两年的实时监测。通过观测外部混凝土衬砌板冻胀变形情况发现:小型U形渠道最易受冻胀破坏的位置是坡脚、接缝和渠底位置;在三拼式渠道上,距渠坡底1/2~1/3的渠坡位置上,普遍发育一条延伸较长的裂缝。在衬砌板下埋设相应仪器设备,监测混凝土衬砌板冻胀量变化规律,数据显示,渠底、坡脚等位置冻胀量较大,与表观现象一致。监测结果可以作为改进小型U形渠道混凝土衬砌抗冻胀结构设计与施工的参考依据。

冻融期内U形渠道混凝土衬砌板下地温分布规律

针对宁夏引黄灌区分布广泛的小型U形渠道衬砌冻融破坏技术难题,基于青铜峡市邵刚镇高标准农田建设区内的小型U形渠道混凝土衬砌板下地温在一个冻融期内的原位观测试验及其数据,分析讨论了衬砌板下地温分布规律及其与极值平均气温之间的关系。研究表明:板下30 cm以下地温与冻融期内时间和极值负积温分别呈较好的二次函数关系,拟合相关系数在0.91以上;板下30 cm范围内的地温同时受到极值气温变化和极值负积温积累效应的影响,地温变化幅度远小于气温的变化幅度;在板下约30 cm处存在准恒地温层;渠道不同观测部位的地温变化规律不一致,冻结期渠底地温总体高于渠内阴阳坡面,融化期渠内阳坡面地温回升速度最快,且与观测时间有密切关系。

基于多孔介质理论的渠道基土温度场特性研究

视冻土为均匀各向同性的多孔介质,确定了不同冻结状况下的土壤热参数。根据热传导方程,建立了土壤冻结过程的二维变系数数学模型,通过全隐式差分方法,并采用交替方向差分格式,得到了随时间和空间变化的温度分布场的求解方法。利用土柱冻结解析解验证了数值模型。以整体式小型U形渠道为对象,研究了不同位置及深度的基土温度分布状况,并与野外观测结果进行了对比。结果表明,基于多孔介质理论确定土壤热参数可以简化非线性方程的求解,全隐式交替差分格式对于小型渠道基土求解温度场比较适用;由于渠道区域形状的不规则及其二维边界,导致地下水位、热流对渠道不同部位的温度分布具有不同的作用,阴坡温度普遍低于渠底,已冻区逐渐扩大,温度分布较均匀,正冻区渠道基土温度呈非均匀分布状态。