北方寒区灌渠衬砌基体土冻胀性能研究

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1、Universitycode：10223Classifiedcode：S277Graduatenumber：XS1222029Confidentialdegree：PublicHeilongjiangBayiAgriculturalUniversityMasterDissertationStudyonfrostheavingofsoilmatrixatcanallininginthenorthcoldareaPostgraduate：GeJianruiSupervisor：Prof.ZhengxinAgricultura

2、lWater-SoilMajor：EngineeringNortherncoldareaResearchdirection：agriculturalengineeringandwaterresourcesutilizationDegreecategory：MasterofEngineeringDaqingChinaJune,2015摘要中国是全世界人均水资源贫乏的国家，人均水资源拥有量为世界平均量的四分之一。农业用水占我国水资源消耗的比重较大，提高水分利用率是发展高效节水型农业的中心工作之一，且为解决农业用水紧缺问题的关

3、键所在。黑龙江地处北方高寒地区，在该地有大量季节冻土和少量常年冻土，灌渠遭受十分严重的冻胀破坏，致使灌溉用水损失严重，因此研究黑龙江省季节冻土区冻胀对渠道衬砌结构的破坏具有重要的现实意义。首先对黑龙江省北安垦区灌渠冻胀现象进行了广泛的调查研究，主要包括渠面斜坡破坏和渠底破坏。现场调研表明，季节性冻土区灌渠衬砌冻胀破坏已成为制约北方寒区农田灌渠输水灌溉效果的瓶颈。其次以黑龙江省北安管理局二龙山农场灌渠渠底基体土为研究对象，将其简化为一维冻胀模型，设计、制作并完成了衬砌渠底土冻胀试验。根据一维冻胀模型，对影响渠底土冻胀力的初

4、始含水率、平均冻胀温度、预加轴向压力和土样孔隙率等因素进行了正交试验设计。试验结果表明：得到最大冻胀力的参数组合和影响因素显著性分析。通过二次通用旋转组合试验，得出各个因素与评价指标的回归方程，并对结果进行了优化处理，获得最大冻胀力方程最优结果。最后根据北安垦区灌渠实际形式及尺寸，建立了ANSYS有限元模型，对不同形式渠道进行了数值模拟，通过分析其受力特征，得出影响渠道冻胀破坏的主要因素为冻胀温度，与试验结果的对比表明，初始含水率、温度荷载是影响渠道冻胀力的主要因素。关键词：北方寒区；灌渠；基体土；冻胀力IAbstrac

5、tChinaisoneofmostwater-scarcenationsaroundtheworld,Thepercapitapossessionofwaterresourcesisjustaquarteroftheworldaverage.AgriculturalwaterisalargerproportionofthewaterresourcesconsumptioninChina,Withraisingthewaterusingefficiencyisoneofcenterworkfordevelopmentthe

6、efficientwater-savingagriculture,Anditisakeytosolvetheproblemofwaterscarcityinagriculture.HeilongjiangProvinceislocatedincoldareainnorthern,Therearealargenumberofseasonalfrozensoilandasmallamountofpermafrost.Canalaresufferedveryseriousfrostheaving.Therefore,irrig

7、ationwatersufferedseriouslosses.AsaconsequenceresearchingforfrostseasonalfrozenareainHeilongjiangprovincehasimportantpracticalimplicationsforthebreakingofcanalliningstructure.Firstly,weresearchforthephenomenonoffrostingcanalinBei'anReclamationinHeilongjiang.Itinc

8、ludesofdamagingsurfaceslopeandchannelbottom.Fieldresearchingshowsseasonallyfrozencanaldamaginghasrestrictedfarmlandirrigationcanalusingwaterbottleneckeffectatt