板缝对U形砼衬砌渠道冻胀响应与衬砌板结构优化

发布时间：2020-07-27 10:13

【摘要】：为探索季冻区防渗衬砌渠道混凝土板缝对冻胀变形的影响,以宁夏引黄灌区小型U形混凝土衬砌渠道为研究对象,在整体式、两拼式和多拼式U形混凝土衬砌渠道上设计并布置了冻胀监测试验系统,就板缝对不同混凝土拼装结构的U形渠道的冻胀响应开展了相关研究。首先通过2015-2016年冻融期冻胀量监测数据,分析了由板缝引起的衬砌板破坏严重的成因。据此,将2016-2017年冻融期内的监测试验方案做了改进,在同一条渠道相近渠段上对U形混凝土衬砌渠道的常规板缝结构和经过加固处理消除板缝影响的无板缝结构布置了原位监测试验,并分析处理了一个完整冻融周期内两种结构的冻胀量、法向冻胀力的监测数据及其衬砌板冻胀变形规律。进而借助冻土 Winkler弹性地基梁理论,建立了考虑冻土法向和切向双向冻胀的开放系统下无缝U形混凝土衬砌渠道的力学模型,得到冻胀力和内力计算公式,以监测试验区无缝U形混凝土衬砌渠道为算例,分析计算了该结构的冻胀力及其内力分布规律,并与实际监测数据和已有力学模型作了对比分析。最后提出了以榫接结构连接的装配式U形砼衬砌渠道设计概念,并对其构造要素、受力情况、实用性和防渗性做了简要说明。具体研究结果如下:(1)板缝是U形混凝土衬砌渠道冻胀破坏的薄弱部位,其破坏原因是板缝两侧衬砌板冻胀位移差较大所致,通过原位监测数据分析,发现板缝冻胀破坏较衬砌板更为严重,大部分衬砌板裂缝起始于板缝处并延伸扩展至衬砌板。(2)在土壤温度和土壤含水率相近情况下,消除了板缝影响的无板缝U形混凝土衬砌结构冻胀量均小于传统U形混凝土衬砌结构,且前者的法向冻胀力分布更均匀。(3)利用所建立的考虑双向冻胀开放系统下无缝U形混凝土衬砌渠道的力学模型分析计算得到在U形渠道底部和距离渠底1/3渠深处会发生较大弯矩,且法向冻胀力与监测数据基本一致。表明无缝U形混凝土衬砌结构有良好的抗冻胀性能。(4)针对U形混凝土衬砌渠道最大弯矩处恰好是板缝联接处的实际情况,设计了一种受力条件和防渗性能较好的榫接结构及其构造形式。
【学位授予单位】：宁夏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV544
【图文】：

技术路线图,冻胀破坏,研究领域,技术路线

图１－１技术路线图逡逑章小结逡逑对本文的研究背景及意义、研宄目的、研宄方法、研究内容、技术路线和创新明，对国内外在混凝土衬砌渠道冻胀破坏研究领域的研究成果做了综述。逡逑

冻胀量,正视图,整体式,衬砌板

此方法对衬砌板和渠道结构造成破坏而使所得数据丧失意义；法向冻胀力通过侧向挖孔洞布逡逑置，但由于板缝宽度仅为】0－１２ｃｍ，土压力盒直径为２０ｃｍ大于板缝宽度，因此其无法准确测得逡逑板缝处的法向冻胀力，而且板缝在冻融过程中易发生冻胀破坏，会使土压力盒移位，导致所得法逡逑向冻胀力误差大，所以针对板缝破坏原因，仅分析监测数据中冻胀量。故仅对冻胀量的布置和监逡逑测方案进行说明。逡逑２＿５＿１冻胀量监测试验方案逡逑冻胀量的测定方法为定位线法％］，分别对整体式、两拼式和多拼式Ｕ形混凝土衬砌渠道布置逡逑试验仪器并监测。逡逑（１）整体式Ｕ形混凝土衬砌渠道逡逑如图２－２，邋２－３所示，渠道两坡距离渠顶２０ｃｍ处、两坡衬砌板圆弧段坡脚处和渠底处在渠道逡逑试验段两端各布置１对锚杆，渠道横断面上共布置３个测点，在渠道两端每１对锚杆上距衬砌体逡逑表面１０ｃｍ处系上尼龙线，尼龙线需平行于渠道中轴线，每个横断面测点在尼龙线方向（渠道纵逡逑向）设２４个测点，每个衬砌板设４个测点，每个衬砌板上测点位置在衬砌板两侧和衬砌板四等逡逑分点处。锚杆选用长２ｍ的钢筋，外露３０－４０ｃｍ。观测中测量尼龙线到衬砌板面垂直距离的变化逡逑量即为冻胀量。逡逑

拼式,冻胀量,整体式,侧视图

【参考文献】