低温条件下城市供水管道冰冻荷载规律研究

发布时间：2021-03-27 12:48

　　介绍了冰冻深度及供水管道冰冻荷载的一种计算方法,对冰冻深度与土壤热力学特征和地表温度情况进行了敏感性分析,并基于冰冻深度的计算,以一维供水管道冰冻荷载简化模型为基础,分析了供水管道冰冻荷载的发展规律,得出了冰冻荷载的时空分布规律及与地表温度和土壤类型的关系。结果表明:供水管道冰冻荷载的大小与时间和空间都有关,冰冻荷载沿着深度先增大后减小,剖面上的最大冰冻荷载与时间呈现二次抛物线的关系,最大冰冻荷载对应的深度与时间则呈现三次多项式的关系;冰冻荷载的大小与地表温度有关,最大冰冻荷载及其对应的深度与地表年平均温度成线性负相关关系;粘性土的冰冻荷载整体大于砂土,但砂土的最大冰冻荷载对应的深度略深于粘性土。 

【文章来源】：给水排水. 2020,56(11)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

改进Berggren公式的热力学条件

供水管道往往是通过开挖并回填的方式进行安装，由于管道开挖回填时管道上部土体和周边土体的刚度产生了变化，因此在低温条件下管道受到的荷载会增大，即产生管道冰冻荷载。在本文中，将埋地管道沟渠中回填的土称为回填土，沟渠周围的原状土称为侧边土，冰冻荷载以Rajani[4]的一维供水管道冰冻荷载简化模型为基础进行分析。如图2所示，在简单一维柱体模型中，冰冻界面上部为发生冰冻的土壤，将其当作一个刚体冻结质量块，其位移受到侧边沟渠回填界面的摩擦以及冰冻界面以下半空间的响应的约束。在任意时间t，冰冻界面的深度位于X (t），该深度即为冰冻深度，可以根据改进Berggren公式进行计算。在式（5）中增加时间步的概念，用i代表时间步，则冰冻深度见式（6):

根据上表假设的地表温度典型参数，可以得知此时冰冻深度的发展情况见图4，冰冻深度从第122d开始发展，到第243d达到最大值，冰冻持续时间为122d，最大冰冻深度为1.964 8m。图4 冰冻深度的发展


本文编号：3103538