基于陶粒纤维混凝土的衬砌渠道抗冻胀性能研究

为改善北方寒区预制混凝土衬砌渠道存在衬砌板件自重大、尺寸小、装配效率低等问题,探讨将陶粒纤维混凝土用于衬砌渠道。基于正交试验法开展9组陶粒纤维混凝土和1组C35普通混凝土冻融前后力学性能试验,并结合冻胀数值模拟分析衬砌渠道抗冻胀性能变化。结果表明:陶粒纤维混凝土抗压强度因素影响次序为页岩陶粒体积取代率>聚丙烯纤维(PP)掺量>陶粒预湿时间,抗拉强度因素影响次序为PP掺量>页岩陶粒体积取代率>陶粒预湿时间,冻融后陶粒纤维混凝土抗压、抗拉强度损失率低于普通混凝土;衬砌渠道数值模拟的抗冻胀性能变化与材料性能变化趋势一致,陶粒纤维混凝土衬砌渠道抗冻胀性能损失小于普通混凝土衬砌渠道,最优抗冻胀性能损失减小4.68%,同时衬砌板重量减小18.47%;陶粒纤维混凝土作为渠道衬砌材料具有明显质轻的装配化优势。

梯形波纹钢明渠抗冻胀性能有限元模拟

为研究冻土环境中的梯形波纹钢明渠抗冻胀性能,建立了可精细模拟土-渠相互作用的实体-壳体三维空间有限元分析模型,提出了同时考虑含水率与温度的冻土弹性模量计算公式。通过考虑土体在不同月份的温度场变化,采用瞬态热传导模拟了实际升温、降温过程中的土-渠相互作用。合理考虑了含水率与温度对冻土弹性模量、冻胀系数、内摩擦角、黏聚力等本构参数的影响,研究了波纹钢明渠变形与应力的变化规律,分析对比了不同的土体类型与初始含水率、地下水埋深、横撑间距与截面尺寸、波纹钢壁厚与卷边宽度对变形和应力的影响。结果表明:波纹钢明渠可承受一定的水平冻胀作用;渠周土体初始含水率及地下水埋深对波纹钢明渠变形与应力的影响显著,当地下水位在波纹钢侧壁埋深的下半部分时尤为明显;为减小渠体变形,可采取在渠顶设置横向支撑、减小侧壁坡度、增大波纹钢壁厚或加宽卷边的措施,相比之下,前两种更为经济且有效,不过横撑规格需满足受压稳定性要求;设置横撑后,卷边可提供一定的侧向刚度;虽然加宽渠顶卷边对减小渠顶的横向变形有一定贡献,但在10~100 mm宽度范围内贡献不大;未设支撑的波纹钢明渠Mises应力整体低于钢材屈服强度,应力较大的部位多见于底边角部和底部位置,侧壁应力水平不高;设置横撑后,波纹钢渠体应力较大的部位由底部转移至侧壁及卷边,尤其在卷边与横撑的连接处,钢材可达到屈服状态。

砂砾石垫层对土工膜衬砌板复合结构渠道抗冻胀性能的影响

为探究砂砾石垫层对季冻区土工膜衬砌板复合结构渠道抗冻涨性能的影响,通过设置合理的砂砾石垫层减轻寒区渠道冬春季冻胀破坏,通过工程现场试验的方式,设置不同的砂砾石垫层厚度、粒径和岩性方案,进行对比研究。结果显示,砂砾石粒径和垫层厚度对抗冻胀效果的影响较大,砂砾石岩性并无明显影响。根据试验结果和工程经济性,建议砂砾石垫层施工可以就地取材,同时采用平均粒径4mm、厚40cm的设计参数。

HDPE与混凝土衬砌板复合衬砌渠道抗冻胀性能试验研究

为提高传统混凝土渠道的抗冻胀性能,提出上部结构采用混凝土衬砌板、下部采用玻璃钢(HDPE)的复合渠道衬砌结构型式,并基于数值模拟和现场试验相结合的方法对结构进行了优化设计。结果表明:当采取HDPE厚度为5mm,混凝土衬砌板长度和厚度分别为65、60mm,混凝土强度等级为C30时,复合衬砌渠道的抗冻性能最优。研究结论对相关理论研究和工程设计具有一定的指导和借鉴意义。

混凝土衬砌渠道抗冻胀技术措施及其机理

现如今,为了使用水供需矛盾得到有效解决,需要合理应用渠道防渗技术。一旦渠道存在严重的渗漏问题,除了会对经济效益产生影响以外,还会造成水资源的严重浪费。对此,需要从渠道防渗角度展开分析,并合理优化渠道衬砌断面形式、施工机械和技术、防渗材料和种类等,从而全面提升渠道防渗效果,使衬砌渠道的抗冻胀技术水平得到提高。文章针对混凝土衬砌渠道抗冻胀技术展开分析,探讨了混凝土衬砌渠道抗冻胀的机理,并提出具体的技术措施,希望能够为相关研究人员提供一些参考和借鉴。

基于数值模拟的双层薄膜防渗衬砌渠道抗冻胀机理探讨

在渠道衬砌板下铺设双层塑料薄膜,使混凝土衬砌板与冻土层之间可滑移、不产生冻结约束,从而达到防治渠道衬砌冻胀破坏的目的,即为双层薄膜防渗衬砌渠道。为了探明其抗冻胀机理及削减冻胀效果,应用ADINA软件对双层薄膜防渗衬砌渠道冻胀进行数值模拟,研究衬砌板应力和变形规律。对比普通渠道,双层薄膜防渗衬砌渠道抗冻胀效果非常显著,自身受力状态得到显著改善,且冻胀变形、冻胀力分布更加均匀;其阴坡、渠底、阳坡切向冻结力极值及均方差降低幅度均大于法向冻胀力降低幅度,揭示了该种渠道通过削弱冻结约束来改善衬砌板冻胀受力及使冻胀量分布均匀的抗冻胀机理。对比梯形断面和弧底梯形,可知双层薄膜防渗衬砌渠道适用断面为弧底梯形,在实际工程中应对弧底板和渠坡板之间的伸缩缝加强管理,或采用整体现浇式结构,以防止渠坡板滑动失稳。这些工作为双层薄膜防渗衬砌渠道的深入研究和推广应用提供了参考。

旱寒区输水渠道防渗抗冻胀研究进展与前沿

渠道在农业灌溉和长距离调水工程中作为首选输水形式发挥着重要的作用。但因旱寒区输水渠道渗漏与冻胀互为因果形成恶性循环,导致渠道渗漏、冻胀、隆起、架空、失稳滑塌等冻融老化破坏普遍且严重,直接影响工程输水效率及渠道的安全运行与效益发挥。该研究着重从探究渠道冻融破坏机理而进行的室内试验和现场原型监测、工程力学模型、水-热-力耦合数值模型及防渗抗冻胀技术等方面论述了旱寒区输水渠道防渗抗冻胀的研究进展;在此基础上,指出了太阳辐射、冻融、盐渍化等复杂环境及冬季输水、水位骤降等运行工况下的渠道多场耦合破坏机理及相应的多场耦合数值模型、衬砌-冻土相互作用模型、失效准则与设计方法、防渗抗冻胀措施标准化及渠道灾变过程与防控技术等渠道防渗抗冻胀有待研究的问题和难点;探讨了完善和提升旱寒区渠道防渗抗冻胀的设计理论与方法、建立全生命周期内的灾变链动态演变预警模型等未来发展方向及趋势,为旱寒区输水渠道工程科学设计与安全高效运行提供指导。

基于数值模拟的“适变断面”衬砌渠道抗冻胀机理探讨

能适应渠基冻胀变形的衬砌渠道简称"适变断面"渠道。为了探明其抗冻胀机理及削减冻胀效果,应用ADINA软件对混凝土衬砌"适变断面"渠道冻胀进行数值模拟,计算渠道冻胀的温度场、变形场和应力场,研究衬砌板应力和变形规律,并与弧形坡脚梯形渠道比较分析表明:"适变断面"渠道能降低最大法向冻胀量55.11%、最大法向冻胀力51.65%、最大切向冻结力56.85%;通过冻胀量均方差及冻胀力分析比较,"适变断面"使渠道受力状态得到显著改善,冻胀变形分布更加均匀;衬砌板法向错位值总计1.3cm,纵向伸缩缝周向压缩值总计为9.7cm,揭示了"适变断面"渠道利用宽纵缝既能释放衬砌板法向冻胀变位,又能吸收周向冻胀变位,从而适应渠基冻胀变形减轻冻害的抗冻胀机理。最后通过模拟计算了"适变断面"渠道冻胀量均方差对边坡系数的敏感性,指出边坡系数i约为1∶1.7～1∶1.4时,"适变断面"渠道抗冻胀效果很显著,为"适变断面"渠道的推广及优化设计提供了参考。

渠道抗冻胀垫层设计方法研究与数值模拟

基土换填是常用的抗冻胀措施。目前非冻胀性土缺乏科学标准的定义,换填厚度基本按照经验公式和工程类比确定,不尽科学合理。在对垫层抗冻胀机制的分析基础之上,根据层状土毛管水土水势理论给出了垫层材料的选择依据,结合热阻等效原理在考虑了衬砌结构允许位移的基础上给出了渠道垫层厚度的计算公式,并根据传统算法与该方法对山东打渔张北干渠弧形坡脚梯形渠道进行抗冻胀垫层设计;同时采用ANSYS有限元软件对渠道铺设垫层前后进行热力耦合数值模拟。研究表明,垫层通过改善水分场、温度场削弱了冻胀发生的因素;该垫层算法比传统算法合理、工程造价较低。数值分析表明,渠道冻胀量、冻胀力明显被削减,其中对阴坡的削减可达90%以上。

土工加筋抗冻胀工作机制的研究

在分凝势理论的基础上，建立了一套考虑温度、水分及冻土－未冻土－筋材体系应力变形诸因素耦合预测加筋土冻胀和筋材拉力的计算方法，并对一维冻结室内模拟试验进行了理论分析和数值计算。通过对加筋消减冻胀及其抗冻胀工作机制的分析，提出了加筋材料对土体施加的约束力，不仅减小了土体的冻胀速率，而且还使冻胀位移向未冻土区发展。

弧底梯形渠道抗冻胀结构优化与数值模拟

在季节性冻土地区,弧底梯形渠道属于抗冻胀结构之一,但其设计方法仍依靠经验和规范,设计结构易发生冻胀破坏,为此提出了结构优化的方法进行渠道设计。该方法包括构建结构优化数学模型和"冻土-衬砌结构"简化算法二方面内容。首先以渠道造价为目标函数,以实用经济断面、衬砌体拉应力和法向位移为约束,建立结构优化数学模型。其次采用"初始冻胀位移"模拟高度非线性的法向冻胀力,通过定义摩尔库仑摩擦单位模拟冻土与衬砌间的相互作用,最后基于ANSYS的APDL语言的二次开发建立参数化模型进行结构优化。通过实际工程的结构优化表明,在最不利气象和水文地质条件下,优化后的断面可保证渠道不产生裂缝;同时节约土地面积207 m^2/km,衬砌厚度减小0.3 cm。提出的方法可用于弧底梯形渠道结构计算和优化设计,可以获得运行安全、造价合理的断面尺寸。

抗冻胀渠道防渗的结构形式研究进展

深入分析了季节性冻土区渠道冻害的原因,概括了目前抗冻胀防渗渠道的主要结构形式,结合国外较成熟的GCL渠道防渗结构技术,对我国经济合理且抗冻胀的新型渠道防渗结构形式进行了探讨,对进一步研究季节性冻土区渠道防渗具有借鉴意义。

0#胶晶对渠道混凝土衬砌抗冻胀性影响的试验研究

渠道衬砌的冻胀破坏不仅影响渠道的正常使用,而且增加了工程费用和修复次数,因此渠道衬砌的防冻胀技术研究成为一个非常严峻的工程问题。0#胶晶是为配制生产水泥基灌浆料而研制的一种有机高分子添加剂,其所具有的许多特性可对混凝土渠道衬砌的抗冻胀性起到改善作用。对普通混凝土和添加了0#胶晶的混凝土进行室内试验,以探求0#胶晶对混凝土抗冻胀性的改善效果。

哈达山输水干渠高地下水抗冻胀研究方案设计

文章主要介绍哈达山水利枢纽工程输水干渠高地下水抗冻胀研究方案设计,内容包括设计依据和原则、研究内容、仪器布置、技术要求及预期成果等。目的是通过试验和观测数据,得出渠道填筑土料物理力学性质,冻胀和冻融变化与气温、负气温指数、土质、地下水位等因素的相互关系,分析渠道的冻胀变化规律。给出较适宜的渠道衬砌结构形式。

严寒地区灌溉渠道防渗抗冻胀技术研究

在严寒地区,除了需要加大控制性构造物工程的基本配套、加强运行管理水平外,渠道的防渗抗冻胀也是一个需要解决的问题。文中将以我国西北严寒地区和东北严寒地区的两个灌溉工程为例,对比工程中的各种防渗抗冻胀技术,并最终找出两个严寒地区各自最为合适的灌溉渠道防渗抗冻胀技术。

渠道抗冻胀设计辅助软件研究

我国北方寒冷地区渠道抗冻胀设计以参阅规范的人工手算为主,查图查表过程单调繁琐,容易出错且效率较低。为此,依据SL23-2006《渠系工程抗冻胀设计规范》,利用C++语言编程开发了衬砌渠道抗冻胀设计辅助软件。软件对计算过程进行可视化,能访问Access数据库读取相应数据,并根据规范的设计理论将查图过程还原为原始公式,提高了计算结果的精度。该软件界面友好,操作简单,实用性强。文中重点介绍了软件的设计思路和实现方法。

某小型农田水利工程渠道抗冻胀分析

在103团小型农田水利工程项目实施中,为符合项目区实际地质情况并满足渠道长期运行要求,对渠道冻胀条件、冻土深度、冻胀防治措施、冻胀材料进行分析,同时结合各自特性比选砂砾石垫层和苯板+排水体两种抗冻胀方案的优点与缺点,最终确定渠道抗冻胀采用天然砂砾石换填层方案,进而保障项目区渠道运行安全。

汾阳市末级渠道抗冻胀处理措施探讨

基于汾阳市末级渠道冻胀现象,阐述了渠道衬砌体冻胀的破坏特征及影响因素,而后对渠道抗冻胀结构形式进行比选,确定所采用的保温措施,即在预制混凝土板下铺设聚苯板,并计算聚苯板铺设厚度,实践证明,该措施能完全满足渠道抗冻胀要求。

砼U形渠道在新疆高寒地区抗冻胀研究

砼Ｕ形渠道是寒区环境工程抗冻胀的结构措施之一，这种结构在新疆使用多年，就其应用效果和抗冻性能进行调查和试验研究分析，其具有冻胀力分布均匀，裂缝少，错位及变形小等优势，在流量不大的支渠和斗农渠防渗中，是一种好的抗冻胀型结构。