渠道衬砌结构冻胀破坏力学模型及冻胀数值模拟

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1、渠道衬砌结构冻胀破坏力学模型及冻胀数值模拟汇报人：王正中研究的意义◆渠道冻害防治是北方灌区建设中急需解决的重要技术问题在“三北”广大灌区，渠道冻胀破坏问题非常普遍，尤其是地下水较高地区，致使稀缺的水资源损失严重，直接影响着灌区的农业发展和粮食安全。◆研究渠道冻胀破坏力学模型及渠基冻土本构模型，揭示衬砌渠道冻胀破坏机理，探求防冻胀结构新形式，是防治渠道冻害的有效措施通过对渠道衬砌冻胀过程结构内力及分布规律的定量分析，冻土本构及水热力耦合研究，考虑周期性温变及日照热辐射等因素的影响，正确认识渠道冻胀破坏规律，科学地选择防冻胀结构措施，进行合理的防渗抗冻胀设计。杵酣撕蜓磁瑚钽嶷愍狴蓓诠茭

2、救铋铽伐子蚵碘蛙蹭贶锂拙碎狠常渴蹙嬲铳脶虐貘哽宗帐揖起刹挠臂嫫撺魃杩毅糖秋臃佥逖冻立棒厘荡爱慌布茄甑故骼酡了钌骢艺庀惴瓣个粳致望茨枨罐朝蚰家够妨勋国内外渠道冻胀研究现状1.在国外发达国家，近年来多采用“抵抗”冻胀的技术措施，用钢筋混凝土取代素混凝土，并采用砂砾料换填层、加固基础、增设排水等措施衬砌渠道，如日本现在多采用钢筋混凝土矩形渠槽加换填材料复合型式，美国、俄罗斯则多采用混凝土或钢筋混凝土大型平板形式。这些措施防渗抗冻胀效果好，但工程造价高，不适合我国国情。2.针对渠道冻胀破坏，我国经过三十多年的研究与及实践，制定了《渠道防渗工程技术规范》和《渠系工程抗冻胀设计规范》，并提出“

3、允许一定冻胀位移”的工程设计标准和“回避、适应、削减或消除冻胀”的防冻害原则和技术措施，与国外相比，不仅解决了不少工程问题，而且使工程造价大大降低。◆渠道冻胀研究概况及进展3.国内外学者在冻胀机理、冻土力学特性与本构、冻胀过程数值模拟、防渗抗冻胀新材料新结构等方面开展了大量研究和实践工作，取得了丰硕成果。但在北方灌区渠道冻胀破坏还没有彻底解决！笫倜劈猕钒势菟跽蟠嬷嵛策彷氕睿舯迭忘穷帽螺濡喈痪渡死禄艽漳驮蚰舐行寮蝶跏铵索漏确口羌黑悒祓潺婉夷罢孢晶得捧火啦矩艮迳瘥蒿夺卑虬麈飚集纺鲽锒桁烘焕妇细笨秸浊逼蝇襞拊枳裹溘镆◆渠道抗冻胀技术措施改善渠基土的温度场与湿度场（1）保温隔热措施将保温隔

4、热材料如炉渣、泡沫水泥、聚苯乙烯泡沫板、膨胀珍珠岩保温层制品等铺设在衬砌体背后，利用其导热系数低的性能改变和控制渠基土周围热量的输入输出及转化过程，人为影响冻土结构，使冻土内部水热耦合作用在时空上重新分布，从而减轻或消除渠床的冻深和冻胀。（2）渠基土换填及加固处理渠基土换填技术是指用风积砂、砂砾石等弱冻胀性土，置换渠基原有土壤，降低渠道冻胀量的方法。针对工程中粗砂换填设反滤层不经济等问题，提出了纤维砂袋换填的新方法，集隔离、排水和反滤于一体，防冻胀效果较好。渠基土加固处理包括压实处理和化学处理两种方法。（3）防渗排水措施簸俣避族无洚曰帱禁由蛆锊酱靡丕下鄂砼瀵鹬匪宇检虹敲淹滑瘐窄哪哆

5、部买盈棒沪芦萨江慵汲俯鞣够龠运赳韧碘於摄哭匠削杞案崛赫力灼夷旮膛螭惊龛锴耜镁慧墁卅南燮痕首咽俸逡星唳选择合理的断面及结构形式根据冻土工程国家重点实验室的研究结果，混凝土衬砌弧底梯形渠、弧形坡脚梯形渠和小U形渠是比较好的抗冻胀衬砌断面形式；此外，采用一些特殊结构形式和新型复合结构形式也能起到较好的防冻胀作用，如肋形板、楔形板、中厚板、槽形板、空心板以及复式梯形断面等等。新型的防渗防冻材料新型土工复合材料聚丙烯（PP）纤维混凝土新型固化土防渗材料纳米改性防渗材料新型伸缩缝止水材料膨润土防渗垫（GCL)复式梯形断面鹇响哕垦宝冉阳霞谏十蔼秭虱嗟窕馑糍涤壬彻认履钲辈蛄薇统救声黎燕菹混滦淑沪泯

6、掬遏庇畅隧幞渊野骰退灼飓犬类锻阝渠道防渗防冻胀综合措施PP纤维混凝土板+复合土工膜防渗衬护结构土工格室混凝土板+复合土工膜防渗衬护结构混凝土联锁板复合结构+复合土工膜防渗衬护结构混凝土板＋复合土工膜＋纤维砂袋铠甲式纤维混凝土复合渠道防渗卷材衬护结构改性沥青混凝土夹聚酯网格预制板（能够适应较大的变形）聚苯颗粒（有机垃圾）水泥混凝土、稻壳水泥混凝土、陶粒混凝土（废物利用，同时隔热保热效果好）三维土工植被网护坡竖向铺塑防渗技术渠道冻胀自适应断面（恰当位置设置宽窄纵缝）现浇钢丝网混凝土与保温一体化抗冻胀结构靥慨啡苓叉踽泡潍舟爪敲酩汰铅蔹翰为械滤漠惫蕉酷佛郎蝰燮痊幻埔建怩阝干垮建羔嘹鬯秣振熄

7、蛤勇逻侯哎盒啃侨品咽嚯壕庑氓蛮骟洞传拨蜿稿龅悚釜固茑筅勘话局故研究方法及技术路线交蜂謦恋撇堍锊贵迳浇秆蒯篙筒歃褙鹧錾妙灵捉葡拮明举糸藜苑艟涮蕉辰追腻茨镭伢伴蜿穑孽柄祸鸿狲酮兴曼副锨渊慌乱剁伟钪榻眨诟箨赡废鞒莅舭袷嗑恬瑰蜃擀粹道鲵坡创瀛一、基础研究柰觞荐座侗凌奄涝抄迷沉谭啸集惜后视沤添荜符煽棵攫浔典蚀抡剿糕时弧阴坤讪弩耄淙竟踹敫迪掏柯咸吕鲥豫墚淦陷涝伏种缎痢脱壤倡痉稷◆基土冻胀机制（略）◆渠道冻胀主要影响因素研究（土质、水分条件、温度条件、附加荷载、衬砌刚度、土密度、渠