寒区预制混凝土衬砌梯形渠道弹性冻土地基梁模型

基于Winkler弹性地基梁理论及有限杆单元的思想,以单块预制板为研究对象构建其挠曲线微分方程并求解;在此基础上,考虑冻土-结构接触界面及预制板间填缝处的协调变形与相互作用,引入端部边界条件及板间连续性条件,同时砂浆填缝处弯矩为零,将多块预制板联系起来,构建预制混凝土衬砌梯形渠道弹性冻土地基梁模型。再由切向静力平衡条件导出切向控制方程并求解,最终获得衬砌板各截面法向冻胀位移与切向位移的解析表达式。以新疆北部某梯形渠道为例,对衬砌各截面法向冻胀位移、切向位移、接触面法向应力、切向冻结力及上表面应力进行计算。结果表明:本文模型计算的法向冻胀位移与观测值符合良好,与弹性支承法、杆系有限元法计算结果相比更接近观测值。上表面应力估算的易开裂范围与实地调查结果基本相符,表明了模型的合理性。由于存在不连续断面即砂浆填缝,衬砌板法向冻胀位移、接触面法向应力、截面弯矩和上表面应力均存在一定的起伏,出现正负交替现象。顶推力作用下坡板各截面均存在切向位移,且自坡脚向坡顶非线性减小,在坡顶达到最小值。

考虑含水条件的渠基土冻胀特性试验研究

水是促使土体发生冻胀破坏的关键因素,而渠道作为农业灌溉主要的输水载体,受季冻区环境威胁极易发生冻胀破坏。为了系统地研究水分对渠基土冻胀特性的影响,选取松干渠道典型土为研究对象,考虑不同的补水方式,探讨了不同含水率对渠基土冻胀特性的影响,给出了温度场、水分场和冻胀量的变化规律,对比分析两种补水方式的冻胀差异性,构建了关于含水率与补水方式的冻胀预测方程。结果表明:无论何种补水方式,冻胀量与初始含水率均成正比;同等条件下,开放系统的冻胀变形较封闭系统更明显,二者之间的比值为2~22,比值随着含水率的增大逐渐减小。研究成果可为渠基土冻胀防治提供参考。

Pasternak冻土地基梯形渠道冻胀变形与内力计算

为克服现有Winkler模型未考虑渠基冻土连续性的不足,引入Pasternak剪切层描述独立土弹簧间的相互作用,进而提出Pasternak冻土地基上梯形渠道冻胀力学分析方法。对基土均匀冻胀且无顶盖板约束的梯形渠道导出接触面法向应力、衬砌板冻胀位移及截面内力分布的解析式。以甘肃省某梯形渠道为例,应用本文模型和Winkler模型计算各衬砌板冻胀位移分布及接触面法向应力分布,并结合观测值进行了对比。结果表明:本文模型计算结果与观测值符合良好,且相比Winkler模型计算结果更接近观测值,能更加准确地反映衬砌冻胀位移分布规律,表明模型合理性。该模型能较好地体现法向冻胀力随衬砌冻胀变形的释放与衰减;法向冻胀力作用于坡板中下部且呈非线性、差异分布;中上部有脱开、翘起趋势而受法向冻结力作用;底板则只受法向冻胀力作用。研究结果可为梯形渠道抗冻胀设计提供参考。

基于水热变化的渠基冻土单轴抗压强度试验研究

在季节性冻土地区,由于渠基土温度和含水率的差异,所引起的不均匀冻胀导致衬砌渠道破坏,严重影响了灌溉水利用效率。采用试验及统计拟合方法,针对不同温度及初始含水率的渠基冻土试样进行单轴抗压强度试验,分析冻土的应力—应变关系及力学性能,并对渠基土在冻胀过程中的力学性能提出基于温度、水分变化的预测模型。结果表明,渠基冻土的抗压强度随着含水率上升而增长,同时25%~35%含水率的冻土单轴抗压下塑性变形明显,峰值强度不显著;冻结温度和冻土的抗压强度呈线性关系,温度降低,冻土强度增长;低初始含水率(<15%)和接近冻结温度的冻土抗压强度最低。

錾高水电站工程输水渠道湿陷性黄土基础处理方案

錾高水电站工程为大流量引水式电站,主要任务是发电,渠道设计流量375.6m3/s,总线路长8.6 km,工程规模大,渠道线路长,沿线地形地质条件复杂.在可行性研究阶段对渠道基础处理进行了多方案比较研究,包括预浸水法、强夯法、换填法,基本确定了以换填法为主的处理思路;施工图设计阶段对黄土段渠道基础进行补充勘测,进一步明确了黄土段渠道基础的深度分布及地下水补给情况,研究了地下水对湿陷性的影响,明确了湿陷界限,设计处理方案仍以换填方式为主,结合现场试验确定了基础处理深度及范围.工程运行后经沉降观测验证,该段渠道基础处理方案是合理可行的.

灌区渠基土改良下力学试验及冻胀特征研究

为评估分布黄土改良治理效果,以黄土渠基为试验对象,设计了木质素改良下黄土力学试验,并基于此开展黄土干渠衬砌结构冻胀仿真计算。由试验结果得知,木质素成分含量高或低,均不会改变改良土试样应变破坏特点,但木质素含量提高,改良土应力水平会增大,但在掺量3%后提高效果会减弱。相比之下,含水率因素会改变改良土试样应力应变曲线特征,在含水率14%~18%与20%~22%下分别为应变软化、应变硬化特点;含水率提高,峰值应力降低,而围压增大,可减弱含水率对改良土承载应力的负面作用。基于冻胀仿真计算,获得了原状渠基土与改良黄土衬砌结构冻胀位移在断面上均为对称分布,峰值冻胀位移处于断面1 m处,且改良黄土衬砌结构冻胀位移值低于原状渠基土,经改良后渠基土受含水率影响冻胀危害弱于后者。本研究可为输水灌渠土体物化治理设计及冻胀仿真计算提供参考。

汶川震区狭陡型泥石流典型特征与防治

汶川MS 8.0强震发生6年来,震区暴发了数量众多、类型多样的泥石流灾害,其中一类可总结为"狭陡型泥石流",其特征指标及防治对策与震前常规泥石流存在显著差异,给灾后重建和灾害防治技术提出了新的命题。在对(极)重灾区泥石流活跃的五大片区(汶川、都江堰、绵竹、北川、安县)进行大量现场调查和资料分析的基础上,提出了强震区狭陡型泥石流的概念并给出定义,提炼了其在形成、活动及危害等方面的典型特征;通过工程实践,分析了其独特的治理难点及相应的防治对策,介绍了几项极具适应性和有效性的防治新技术,可为强震扰动区泥石流治理研究和工程设计提供一类新的思路和借鉴。

基于弹性地基梁理论的梯形渠道混凝土衬砌冻胀力学模型

冻胀破坏是寒区渠道衬砌破坏的主要方式,建立合理的冻胀力学模型是渠道衬砌抗冻胀设计的基础。该文基于Winkler假定,将渠道基土的冻胀效应等效为一组相互独立且垂直或平行于衬砌板的弹簧。冻胀量通过弹簧的伸长量体现,冻胀力通过弹簧被压缩产生的反力体现。结合梯形渠道冻胀时衬砌板的受力特点,应用SL23-2006《渠系工程抗冻胀设计规范》冻胀量的计算成果,建立基于弹性地基梁理论的梯形渠道混凝土衬砌冻胀力学模型,其合理性通过与甘肃省靖会总干渠梯形渠道的前人试验和数值模拟结果进行比较验证。结果表明,该文模型计算的冻胀量和冻胀反力的分布规律与前人的试验和数值模拟基本吻合;计算的冻胀量和试验结果整体相对平均误差为4.72%,计算结果合理。该文模型与现行规范推荐的冻胀量计算成果有机衔接,可为寒区渠道抗冻胀设计提供参考。

梯形渠道衬砌冻胀破坏弹性地基板模型

为探讨开放系统中梯形混凝土衬砌渠道的冻胀问题,根据衬砌板与冻土地基的相互关系,该研究采用Winkler弹性地基板理论建立考虑冻胀力和冻结力作用的衬砌板冻胀破坏力学模型,使用解析法得到了衬砌板变形和内力解,对不同地下水埋深、衬砌板几何参数的影响规律进行了分析。通过与已有现场观测值和计算值进行对比,验证了弹性地基板理论计算结果的正确性。研究结果表明:坡板在非均匀分布的冻胀力作用下,挠度、弯矩和剪力也表现为非均匀分布,挠度最大值在坡顶距坡脚2/3处,弯矩最大值靠近底板位置,拉应力分布与内力分布规律一致。与梁理论相比,板理论计算结果表明衬砌板的挠度和内力沿板宽方向为非均匀分布,挠度和弯矩在自由边界(纵向伸缩缝)处增大,扭矩主要分布在衬砌板的拐角处。切向冻结力对渠道冻胀影响较小,在原渠道工况下,不考虑切向冻结力与考虑最大切向冻结力之间,最大挠度相差0.7 mm。针对不同地下水位的渠道,给出了衬砌板的安全厚度,可为现浇混凝土梯形渠道的抗冻胀设计提供参考和理论依据。

考虑冻胀力和冻结力作用的梯形渠道衬砌冻胀破坏弹性地基梁模型

考虑基土冻胀作用于衬砌的法向冻胀力与界面冻结力的关系,基于弹性地基梁理论,建立开放系统中梯形渠道衬砌的冻胀破坏力学模型,使用解析法得到衬砌冻胀变形和内力解。通过与原型渠道及已有研究的冻胀变形进行对比,验证计算的正确性。研究结果表明:坡板最大冻胀变形发生在距离坡脚43%坡板长度处,最大弯矩发生在距离坡脚25%坡板长度处,这与已有的研究成果中梯形渠道衬砌破坏主要发生在距离渠坡坡脚25%~45%坡板长度处吻合。当考虑界面冻结力时,冻结力对挠度和剪力影响较小,而对弯矩的影响较大。界面的冻结力相当于作用于梁上的偏心拉压荷载,对弯矩有正叠加作用。因此,当仅考虑衬砌的刚度时,可不考虑冻结力的影响;但当重点考虑衬砌的强度时,应考虑界面冻结力的影响。

考虑基土不均匀冻胀的梯形渠道混凝土衬砌弹性地基梁力学模型

为了探究寒区高地下水位引起基土和衬砌板耦合非均匀变形对梯形渠道衬砌内力变化影响规律,该研究在前期提出的弹性地基梁模型基础上,将衬砌板与基土相互作用效应分解为基土不均匀自由冻胀位移、衬砌板受到冻土反作用产生的位移和边坡衬砌板坡脚约束产生的相对转动位移,从而建立了满足两端变形协调的弹性地基梁模型。以甘肃省高液限土壤,地下水位5 m地区的边坡系数为1的渠道为例,探究不同边坡衬砌板长度和不均匀冻胀基土之间的相互作用。结果表明,边坡衬砌板长度每增加1m,冻胀反力最大值增大142%,弯矩最大值平均增大223%,弯矩最大值点会从原来的距坡脚1/3左右处向坡脚偏移。以边坡衬砌板长度为4 m为例,探究了基土均匀冻胀和不均匀冻胀对边坡衬砌板影响的差异,得出基土不均匀冻胀的冻胀反力最大值和弯矩最大值,分别比基土均匀冻胀大264%和170%。因此,在寒区高水位地区进行渠道抗冻胀衬砌设计时,宜按基土非均匀冻胀弹性地基梁模型计算。

强震-暴雨叠加区小岗剑泥石流灾害特征与防治关键技术

汶川MS8.0震发生6年来,震区泥石流数量增多、性质复杂,而强震-暴雨叠加区的泥石流尤为特殊.小岗剑泥石流位于龙门山断裂带极重灾区绵竹市,且处于四川省两大暴雨区之一的鹿头山暴雨区中心,其灾害特征及防治对策与震前常规泥石流存在显著差异.在对比震区大量泥石流沟的基础上,分析了该类泥石流沟在形成、活动及危害等方面的典型特征,提炼了其独特的治理难点,并在防治设计实践中提出了相应的防治对策.通过竣工后的运行监测,证明各项防治新技术具有较好的适宜性和有效性,可为强震扰动区泥石流治理研究和工程设计提供新的思路和借鉴.

渠道深基坑降水试验及工程应用

以引江济汉渠道工程进口段泵站深基坑为例,通过一系列的降水试验,结合初步设计阶段的试验成果,综合分析了基坑含水层渗透系数。降水试验成果分析中既采用了抽水试验规程推荐的计算公式,也采用数学模型对降水试验进行模拟,最终提出了不同含水层渗透系数,为后期基坑降水方案研究提供基础资料,设计单位依据降水试验结果对基坑降水方案作出了重大设计变更。

特殊土渠基与渠坡的稳定

渠道工程都修建在不同的岩土体上,这些岩土体的稳定性,即渠基及渠坡的稳定是保证渠道安全运行的前提和关键。因此,在渠道衬砌与防渗工程建设中,必须根据渠道岩土的工程性质、渠道类型、渠道工程级别和规模等条件,采用适宜的工程措施,增强渠基及渠坡的稳定,以保证渠道工程安全运行。本文概述了国标《渠道防渗工程技术规范》"渠基与渠坡的稳定"一章的修编思路。针对行业规范升级为国标规范的需要,对该章内容做了一定调整,并补充了较多内容,包括:将原章名"渠基稳定"改为"渠基与渠坡的稳定";增加了"渠坡的安全坡比"和"沙漠渠道"两节;在特殊土(黄土、膨胀土、分散性土、盐渍土、冻胀性土和沙漠土)渠基与渠坡的加固处理方面增加了新技术、新材料和新方法应用等内容。

辽宁东港灌区渠道铺设苯板保温抗冻胀试验研究

为减轻北方冻胀区渠道衬砌的冻胀破坏,于2010年和2011年2个冬季,对辽宁省东港灌区进行了铺设苯板保温与对比段的渠道衬砌冻胀破坏观测试验,获得了渠道横断面不同部位冻胀量和渠基土地温变化的原位数据。经过对比分析,得到采用不同苯板保温厚度与渠道冻胀量及地温之间的变化关系,阐明了苯板结构在渠基土保温和削减冻胀量方面所具有的优越性。试验结果对类似地区新型渠道结构形式的设计和苯板保温技术的推广具有参考意义。

深基坑全封闭防水技术

深基坑全封闭防水设计,采用钢筋混凝土地下连续墙、止水型钢、高压止水旋喷桩及空心和实心桩相结合的基坑封底措施,适用于地下水丰富且基坑降水困难或降水对周边建筑物安全存在较大影响的非降水深基坑开挖。本文结合北京市南水北调配套工程东干渠工程,详细介绍了全封闭防水设计的特点及技术方案,可供类似工程参考。

某引水渠地基液化防治措施及边坡稳定分析

针对某引水渠吹填土地基由于地震液化、地基承载力较低而不能直接使用等问题,在满足地基土抗液化稳定性的前提下,结合原位测试资料,利用该地基土体的液化安全系数和日本技术标准确定了砂桩置换率。随后通过复合地基方法确定相关稳定计算参数,并采用极限平衡方法分析了挤密砂桩和振冲碎石桩进行地基处理时引水渠边坡的稳定性。通过对不同加固方案的比选,提出了合理的地基处理措施和方案。

盐分对砂砾石盐渍土渠基稳定性影响的试验研究

盐分以易溶盐、中溶盐和难溶盐形式存在于土体中 ,其中易溶盐、中溶盐在水流作用下易于迁出土体 ,使土体结构发生破坏 ,造成土体的溶陷 ,使防渗或不防渗的渠基失稳。通过试验研究 ,确认盐分是影响砂砾石盐渍土渠基稳定性的重要因素之一。

桩基与渠坡间的非协调变形特性数值模拟研究

南水北调中线总干渠交叉建筑物桩基与渠坡间的非协调变形问题是渠道大面积施工前必须解决的技术难题,为了设计有效、合理的结合部防渗结构,建立ABAQUS数值计算模型,对桩体与渠坡土体的非协调变形特性进行了数值模拟研究,并对某一工程实例的非协调变形作了分析计算。研究结果表明:所建立的计算模型可以较好地模拟桩体和渠坡土体的非协调变形的发展过程;随着水平荷载的增大,裂隙深度逐渐加深,极限状态时裂隙开展深度可达到地表以下1/2桩长处。在竖向荷载作用下,当荷载较小时,桩土间未产生滑移变形,随着荷载的进一步增大桩体的沉降量逐渐增大由线性段向非线性段转化,而桩侧相邻土体的沉降量基本上呈线性增加。在水平荷载作用下,与竖向荷载作用情况不同的是荷载较小时桩土间也会产生分离变形,随着荷载进一步增大,桩体的水平位移非线性逐渐增大,而桩侧相邻土体的水平位移(回弹位移)基本上呈线性增加。根据实例分析,实际荷载作用下所产生的非协调变形相对较小,初步设计所采用的沥青填缝措施基本上能够适应非协调变形,防止渠水、雨水入渗。

基于双参数弹性地基梁理论的梯形渠道冻胀力学模型

为克服已有梯形渠道弹性地基梁模型未考虑土体连续性及需要预先假定切向冻结力分布的不足,该研究在Winkler模型的基础上,用土弹簧的伸缩来描述法向冻胀力与法向冻结力,引入剪切层和接触界面层构建了梯形渠道双参数冻土地基梁模型。通过引入剪切层考虑土弹簧间的相互作用,引入接触界面层把切向冻结力计算纳入模型中一体化求解。以甘肃省靖会总干渠梯形渠道为例,计算了衬砌板法向冻胀位移,并将计算值与Winkler模型、有限元法计算结果及试验值进行对比分析,最后对衬砌板各点切向位移及切向冻结力分布进行计算。结果表明:本文模型计算值与Winkler模型、有限元法计算结果的总体变化趋势一致,且与试验值更加接近,当剪切系数g=0时双参数模型则退化为Winkler模型,验证了模型合理性;衬砌板各点切向位移及切向冻结力呈非线性分布,且随切向刚度增大,各点切向位移总体呈减小趋势,与实际相符。本研究可为梯形渠道抗冻胀设计提供参考。