轻骨料混凝土衬砌渠道冻胀研究及数值模拟

发布时间：2017-04-15 07:08

  本文关键词：轻骨料混凝土衬砌渠道冻胀研究及数值模拟，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：我国寒区输水渠道多采用普通混凝土衬砌进行防渗,但存在着严重的冻害问题,如隆起、移位、错动和酥松剥落破坏等,这样无形增加了渠道每年的修复管理费用,所以如何发展新型防渗抗冻胀材料,提高渠系水利用系数至关重要。我国有丰富的浮石资源,它不仅价格低,而且它还有很多特点,如易碎、硬度适中、吸水率较大、良好的保温隔热性能、高强度、耐酸碱、耐腐蚀,同时无污染、没有放射性等,用以进行轻骨料混凝土渠道衬砌可降低造价,为了研究轻骨料混凝土衬砌渠道的抗冻胀性能,从而提出较适宜河套灌区渠道衬砌的新型材料,本文工作成果如下：(1)在河套灌区建立三种不同方案的衬砌渠道,通过在整个观测期内对不同方案渠道的地温、冻胀量的观测,以及对各种数据的整理分析和比较,得出轻骨料混凝土渠道温度较普通混凝土渠道提高2.5℃,普通混凝土渠道冻胀量阴坡最大,阳坡最小,渠底介于两者之间,在2月21日冻胀量达到最大值,阴坡5.9mm,渠底4.8mm,阳坡4.0mm,而轻骨料混凝土渠道基本没有发生冻胀。(2)结合渠道发生冻胀破坏的规律,并且通过一些合适的假设和简化分析,得到梯形混凝土衬砌渠道的计算模型,通过计算,得到了渠道坡板和渠道底板的冻胀力计算公式,从而画出其内力图,得出梯形混凝土衬砌渠道坡板的最易破坏位置在距离渠底1/3处。(3)利用有限元软件ANSYS对轻骨料衬砌渠道冻胀过程进行热-结构耦合数值模拟分析,通过对比轻骨料混凝土模拟和实测的温度场、位移场和应力场,得出温度场和位移场在0～500mm处,模拟温度值和实测温度值基本一致,吻合度较好,但在500～1000mm处,模拟值和实测值误差越来越大,但从整体的趋势看,模拟结果与实测结果基本吻合。
【关键词】：轻骨料混凝土 衬砌渠道 冻胀破坏 力学模型 数值模拟
【学位授予单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV544
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 国内外渠道防渗抗冻胀研究现状11-13
• 1.2.1 渠道防渗抗防冻胀发展概述11
• 1.2.2 冻胀理论研究发展11-12
• 1.2.3 混凝土衬砌渠道防渗抗冻胀措施12-13
• 1.3 混凝土渠道衬砌冻胀机理概述13-14
• 1.3.1 渠基土的冻胀13
• 1.3.2 混凝土的冻胀破坏13-14
• 1.4 研究浮石轻骨料作为衬砌材料的价值14-15
• 1.5 衬砌渠道冻胀主要影响因素15-17
• 1.5.1 土质因素15
• 1.5.2 水分因素15-16
• 1.5.3 气温因素16-17
• 1.6 冻胀预报17-18
• 1.6.1 经验模式17-18
• 1.6.2 数值模拟18
• 1.7 本文研究目的和主要内容18-20
• 1.7.1 研究目的18-19
• 1.7.2 研究内容19-20
• 2 试验过程及试验结果分析20-37
• 2.1 试验区概述20-21
• 2.2 试验方案21
• 2.3 试验步骤21-35
• 2.3.1 试件制备及主要技术指标21-25
• 2.3.2 渠道衬砌混凝土试块制作25-26
• 2.3.3 渠道仪器安装26-28
• 2.3.4 渠道衬砌28
• 2.3.5 观测及数据分析28-35
• 2.4 浮石轻骨料混凝土抗冻机理35-36
• 2.5 本章内容小结36-37
• 3 梯形衬砌冻胀破坏力学模型研究37-44
• 3.1 梯形混凝土衬砌渠道破坏特征37
• 3.2 基本假设及简化37-38
• 3.3 梯形混凝土衬砌渠道内力计算38-41
• 3.3.1 渠道坡板的内力计算38-40
• 3.3.2 渠道底板的内力计算40-41
• 3.4 渠道混凝土衬砌板板厚验算41-42
• 3.5 算例42-43
• 3.6 本章内容小结43-44
• 4 ANSYS数值模拟44-57
• 4.1 基本假设44
• 4.2 冻土本构方程44-46
• 4.3 热传导方程46
• 4.4 模拟过程46-54
• 4.4.1 有限元模型和单元划分48-49
• 4.4.2 参数确定49
• 4.4.3 温度场模拟49-51
• 4.4.4 位移场和应力场模拟51-54
• 4.5 模拟结果与实测结果对比54-56
• 4.5.1 温度场对比54-55
• 4.5.2 位移场对比55-56
• 4.5.3 应力场对比56
• 4.6 本章小结56-57
• 5 结论与展望57-58
• 5.1 结论57
• 5.2 展望57-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-62
• 作者简介62

【参考文献】

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本文编号：307876