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1、第25卷第3期干旱地区农业研究Vol.25No.32007年5月AgriculturalResearchintheAridAreasMay.2007季节性冻土地区衬砌渠道冻胀防治技术研究进展1,21张茹,王正中(1.西北农林科技大学水利与建筑工程学院,陕西杨凌712100;2.山西水利职业技术学院,山西运城044000)摘要:渠道冻胀破坏及其防治是我国北方季节性冻土地区渠道工程中的一个重要问题。本文从渠道冻胀破坏的机理、渠道冻胀预报模式、渠道冻胀力学模型研究和渠道冻胀防治措施等四个方面
2、总结了我国近年来渠道冻胀防治技术的前沿研究成果。我国渠道冻胀防治技术已从单一材料向复合材料,单一结构向复合结构,半机械化向机械化方向发展。并对目前研究工作中存在的不足和今后应进一步开展研究的若干问题提出了8点建设性意见。关键词:渠道冻胀机理;渠道冻胀预报模式;渠道冻胀力学模型;渠道冻胀防治措施中图分类号:S275文献标识码:A文章编号:10007601(2007)03023605我国幅员辽阔,但水资源缺乏,而农业用水量土体冻胀更大,并形成冻土层,土体体积膨胀表面隆占总用水量的7
3、3%,因此,要节约用水,必须从农业起。随气温的再降低,冻土层的深度逐渐加大,因冰用水抓起。但是目前,农业灌溉用水,由于渠道输水冻而产生的冻胀力顶裂或顶起衬砌板而发生冻胀破[3]损失严重,渠系水利用系数很低,几乎有50%的水坏。实际工程调查发现,衬砌渠道破坏的主要形被浪费掉了。以山西省为例,全省每年从渠道渗漏式有冻胀剥蚀、冻胀裂缝、冻融坍塌和冰冻破坏等。3[1]掉的水量约为20亿m。搞好渠道防渗工程,堵渠道冻胀是很复杂的问题,涉及多方面的因素,住这个浪费水的大洞,提高渠系水利用率,是实现节主要有以
4、下几个方面。水型农业的重要措施。我国从上世纪60年代开始1.1渠基土的土质和水分条件渠道防渗工程规模建设,其主要形式有混凝土预制在一定的负气温下,影响渠基土冻胀的主要自[2]或现浇板、浆砌石、塑膜等,但在北方季节性冻土然因素是土质和水分条件。首先,不同的土质冻结地区,这些防渗工程均存在不同程度的冻胀破坏问过程中水分的迁移量是不同的,粉质粘土中水分和题,不仅直接影响渠道的正常使用,浪费了水资源,冰晶体的析出非常强烈,会产生很强的冻胀变形,根而且增加了运行管理难度和工程修复费用,如何防据新疆水科所
5、的试验,不同土类的冻胀量顺序为:粉治衬砌渠道的冻胀破坏成为一个非常突出的工程问质粘土>壤土>砂壤土>重粘土>砂砾土,粒径从题。自80年代以来,各地极为关注渠道防渗工程的0.05~0.002mm的颗粒含量大于60%时最具冻胀冻胀问题,开展了多项试验研究,取得一系列的研究危险。其次,在水分条件方面,渠基土发生冻胀的起成果,这些研究进展主要表现在渠道冻胀破坏的机始含水率为0.7~0.9p(土的塑限),渠基土含水率理、渠道冻胀预报模式、渠道冻胀力学模型研究和渠大,冻胀量就大,含水率小,冻胀量就小;同时
6、,地下道冻胀防治措施四个方面。水位的埋深也对渠道的冻胀有重要的影响,其埋深越浅,则其对渠道的影响越大,渠系工程抗冻胀设1渠道冻胀破坏的机理和影响因素[4]计规范!(以下简称规范)提出了地下水对冻胀无衬砌渠道冻胀是一个随温度的变化,由表及里、显著影响的临界深度;山东省水科院经试验认为,对由浅入深的过程。当气温降到结冰点以下时,首先土体冻深有影响的地下水埋深范围(L)应小于等于在衬砌板和土层接触面间的孔隙中产生冰晶体,在土壤毛细水上升高度(H)与土体冻深(Z)之和,即[5]毛细力作用下,土体中的水
7、分向冰晶体迁移,使冰晶L∀H+Z。体越来越大。温度继续降低,在渠基土孔隙中也产1.2渠道的走向生了冰晶体,同样在毛细力作用下,更深部位土体中渠道的走向不同,使各断面的日照、风速和温度[6]的水分向上部迁移,上部土体中冰晶体逐渐增大,使状况有很大差别。据西北水科所的研究10,南北收稿日期:20050420基金项目:国家冻土工程重点实验室基金(9901)作者简介:张茹(1974),女,山西运城人,在职研究生,主要从事水利工程建筑方面的教学和科研工作。第3期张茹等:季节性冻土地
8、区衬砌渠道冻胀防治技术研究进展237[10]走向的渠道阴阳两坡条件相似,冻结规律大致相同,难确定,因此,多采用经验公式;关于土的冻胀性但由于坡顶为二向冻结,受风的作用较大,含水量较分类方法的研究,国内外已有很多研究报告和成果,小,表现为渠坡上部冻深最大,渠底最小,阴坡冻深主要考虑冻胀量绝对值、环境水分条件和土质条件略大于阳坡10%20%;东西走向的渠道由于日照等因素,现行规范以冻胀量绝对值将土的冻胀性划[4]的影响,阴阳两坡冻结与冻深差别明显,阴坡开始冻分为六类。结日期比阳坡早,冻结深度也较大
