大u形混凝土衬砌渠道冻胀破坏力学模型与数值模拟

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1、2大u形混凝十衬砌渠道冻胀破坏力学模型及数值模拟全国每年就可以节水1387亿多m3，可以扩大灌溉面积2亿多亩。根据对内蒙古河套灌区干、支、斗、农四级渠道的测试结果，渠系水利用系数由衬砌前的O．719提高到O．934，提高了21．5％，渠道防渗后的效果非常明显【9】。因此，做好渠道防渗工程是发展节水农业、实现农业高效用水的关键环节。表1．1河套灌区渠道防渗效果比较(％)Tab．1-1CanalwithliningeffectcomparisonofHetaoirrigatedarea山西省渠道防渗的实践表明，渠道防渗具

2、有以下多方面的作用【s1：(1)提高了灌溉渠系水的利用系数，节约用水，可扩大灌溉面积和增加灌溉亩次；(2)充分发挥了现有工程设施的供水能力，节约了新建水源工程的资金；(3)可减小渠道糙率，加大流速，从而减小了渠道断面及渠道建筑物的工程量；(4)减少了渠道占地面积，节约了土地资源；(5)防止了渠道冲刷坍塌，减少了渠道淤积和清淤的工作量；(6)渠水流速加快，缩短了灌溉输水时间，使灌溉更能适应农时的要求；(7)防渗后避免了渠道杂草丛生，减少了维护管理费用；(8)防止了渠道两侧农田的盐溃化，减少了所需兴建排水工程的费用；(9

3、)防止了渠道从土壤中吸取地下水有害成分，减少输水过程水质污染；00)有效地防止了地下水的污染。因此，修建渠道防渗工程有着良好的经济效益和社会效益，但渠道防渗工程，尤其是目前应用广泛的混凝土衬砌防渗渠道，都存在不同程度的毁损。据调型10l，现有的设旌有50％的骨干建筑、40％的渠系建筑物和32％的衬砌渠道被破坏，尤其以东北的永久性冻土地区和华北西北的季节性冻土地区的渠道冻胀破坏最为严重。混凝土衬砌渠道的冻胀破坏，不但直接影响渠道的正常使用，浪费了宝贵的水资源，而且增加了工程修复次数和运行费用，严重制约了工程效益的发挥。

4、所以。如何防治混凝土衬砌渠道的冻胀破坏已成为一个非常现实的困绕灌区健康发展的关键问题【lol。1．2国内外渠道防渗防冻胀现状近年来，全球性的水危机已引起世界各国政府和专家学者的高度重视，并采取了多种解决水资源匮乏的对策，除兴建必要的蓄水、引水工程扩大水源外，更重要的是节约用水，提高水的利用率，防止水的污染等。美国、日本、印度等国均非常重视并积极开展渠道防渗工程建设，渠道衬砌的材料普遍有混凝土衬砌、膜料衬砌、土料衬砌等，其第一章绪言3中以刚性的混凝土衬砌居多Il川。美国把渠道防渗作为水利工程挖潜措施之一，混凝土衬砌渠道

5、占渠道总长的52％，有统一的设计和施工标准，施工机械化程度高；为防冻、节约投资和充分利用原有的土石坝碾压设备，压实土防渗仍占1／3左右，塑膜防渗正在开发推广中；渠道防渗的断面形式，混凝土衬砌多采用梯形或弧形坡脚梯形，压实土及膜料防渗多采用梯形断面，膜料防渗的结构为复合形式，膜料层上有保护层(砂砾石较多)，当采用混凝土作保护层时，膜料和混凝土之间一般加一层土工织物；美国部分地区有冻害，采用的防冻措施是用压实土防渗，不采用冻胀敏感的混凝土材料，渠基设排水设旌，无冬灌习惯，且在冻结前一个月停止输水，混凝土防渗层如有裂缝能及

6、时修补维护。!日本十分重视渠道防渗，现有的干支渠道已经全部防渗，田间渠道也已基本防渗；渠道防渗的断面形式多为矩形、梯形和U形，并大力发展暗渠和管道输水；渠道防渗所用的材料有混凝土、钢筋混凝土、塑膜等，为了防止冻害，多采用砂砾石作置换层，也采用聚苯乙烯泡沫塑料板作防冻保温层，目前正在寻求性能好且造价低的保温材料；对渠道的接缝止水材料日本非常重视，除采用类似我国的塑料或橡胶止水带外，在止水带的上下尚采用填充性的浸沥青的泡沫塑料板，或全部缝隙采用工厂生产的管装密封胶，与混凝土衬砌板粘接牢固。我国自上世纪70年代以来，渠道工

7、程防冻胀技术的发展，始终与防渗技术和冻胀理论的发展紧密结合，提出了“允许一定冻胀位移量”的工程设计标准和“回避、适应、削减或消除冻胀”的设计原Nt埘，由单一防渗材料向复合防渗材料、由单一防渗结构向复合防渗结构和以人工施工向半机械化、机械化施工方向发展，近些年在不断总结工程经验和试验成果的基础上，出现了许多新材料、新技术、新工艺和新理论，取得了很大的进展。1．2．1防渗防冻胀技术进展旧”’(1)防渗新材料近年来出现的渠道防渗新材料主要有新型土工复合材料、聚丙烯(PP)纤维混凝土纳米改性混凝土及新型伸缩缝止水材料等。新型

8、土工复合材料是用土工织物或其它材料与土工膜结合而成的新型土工复合材料，分“一布一膜”和“两布一膜”两种，能适应冻土的不均匀冻胀；聚丙烯(PP)纤维混凝土是将聚丙烯细丝均匀加入混凝土，在混凝土内部构成三维乱向网状体系，有效地增强混凝土的韧性和早期抗拉强度，提高其抗冻害能力；新型伸缩缝止水材料有焦油塑料胶泥、遇水膨胀橡胶止水带、聚氨脂弹性填料等，施