差异冻胀条件下双参数地基梯形渠道冻胀变形的计算模型

衬砌冻胀变形便于监测且易于控制,成为《渠系工程抗冻胀设计规范SL23-2006》明确提出的渠道抗冻胀设计控制指标,但规范没有提供差异冻胀变形的具体计算方法。为便捷、合理计算差异冻胀条件下衬砌结构冻胀变形,在现有研究基础上,考虑渠道断面各点地下水位逐点不同及渠基冻土受力变形的连续性,基于双参数冻土地基理论构建了差异冻胀条件下寒区梯形渠道冻胀变形与内力计算模型。以甘肃省靖会总干渠为算例,将该模型退化为均匀冻胀条件下的Winkler模型并进行对比分析,结果表明传统Winkler模型可视为该研究模型的特殊情形。以新疆塔里木灌区某梯形渠道为原型,用幂级数方法对该研究模型进行求解,并与材料力学法、Winkler模型计算值及观测值进行了对比分析。结果表明:应用该研究模型、传统Winkler模型、材料力学方法计算的冻胀变形与观测值的平均相对误差分别为4.31%、9.23%、17.45%,均方根误差分别为0.17、0.29、0.47 cm。可见与材料力学法、传统Winkler模型相比,考虑冻土-衬砌相互作用及冻土中剪力扩散的双参数地基模型能更好地反映差异冻胀条件下梯形渠道的力学行为,计算值与观测值更加一致。通过把形式多样的渠基土自由冻胀量分布统一展开成幂级数形式,可以有效提高模型对不同复杂基土差异冻胀模式的通用性。研究为差异冻胀条件下寒区梯形渠道冻胀力学分析提供了一种有效的计算模型。

光伏支架差异冻胀融沉偏移对光伏组件发电量影响的研究

大庆地区的地质属于严寒地区的季节性冻土,在冬季时光伏支架基础易发生不均匀冻胀抬升,而在春季时,由于气温升高支架基础易产生融沉现象,出现差异冻胀融沉情况,从而导致光伏支架发生偏移,进而改变光伏组件的安装倾角,最终导致光伏组件发电量受到影响。采用光伏支架因土基差异冻胀融沉引起的偏移程度表征光伏组件安装倾角偏移量,利用光伏发电系统设计软件PVsyst 7.2开展光伏组件安装倾角偏移量对其发电量影响的分析。结果表明:光伏组件日发电量随安装倾角变化在不同节气下呈现不同规律,虽然安装倾角的正负偏移不会使各节气时的日发电量最大值出现在初始安装倾角(最佳安装倾角)时,但在初始安装倾角下光伏组件年总发电量仍为最高,安装倾角正偏移使发电量降低幅度更高。以期通过光伏支架及桩基础差异冻胀融沉偏移研究为保障光伏组件使用寿命和光伏电站发电效率提供参考。

冻土冻胀及其对管道的作用分析

在冻土区敷设长输管道需要考虑冻土冻胀对管道的作用,以防止管道出现过大的应力或应变而危及管道的安全运行。针对冻土冻胀作用对管道的影响提出了分析计算方法,包括冻土冻胀量计算、管道周围温度场计算模型、管道与土壤的相互作用模型以及基于应变的管道失效判据。其中,冻土冻胀量的计算主要基于冻土分凝势和蠕变,温度场模型根据考虑地面环境温度变化和管输介质的温度,管道与土壤的相互作用模型计算差异冻胀情况下管道的应力与应变。计算分析了在温度降低过程中土壤的冻结深度和冻胀位移,以及管道在冻胀作用下的变形,结果表明,冻土差异性冻胀引起管道弯曲变形,其最不安全位置发生在两种土壤的交界处附近。