湿干冻融耦合循环作用下渠道劣化过程离心模型试验研究

发布时间：2021-04-04 04:09

　　季冻土地区复杂的水–热耦合作用是输水渠道等水工结构物发生劣化失稳的诱因。研制了一套季冻区渠道湿干冻融离心模型试验设备,实现了在离心场下进行湿润—干燥—冻结—融化过程的水–热耦合循环作用模拟。以北疆输水渠道为原型,开展了渠道在湿干冻融耦合循环作用下渠道劣化过程的离心模型试验。试验结果表明:湿干冻融耦合循环作用诱发模型渠道中的裂隙不断拓展,并最终产生一条贯穿渠顶表面的深层横向张拉裂隙,导致渠道有自渠顶张拉裂隙发生劣化失稳的趋势,这一过程中,渠水入渗深度不断增大,入渗量逐渐减小,土体的冻结速率和融化速率呈上升趋势。试验观测出渠坡处产生的累积法向变形最大,渠顶次之,渠底最小。所采用的离心模拟试验设备及测试方法对于寒冷地区渠道灾变问题的研究是适用的。 

【文章来源】：岩土工程学报. 2020,42(10)北大核心EICSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

5 试验#1模型渠道法向位移与时间的变化曲线

图1 5 试验#1模型渠道法向位移与时间的变化曲线除此以外，随着湿干冻融耦合循环次数的增加，试验#1和试验#2中单次湿干冻融耦合循环过程中渠道法向位移量变化幅度呈逐渐增大的趋势。在每次湿干冻融作用过程完成后，模型渠道的累积法向位移量都进一步增大，试验#1和试验#2中渠底、渠坡和渠顶的最终法向位移量分别为-7.2,-15.0,-9.9和-5.7,-15.5,-8.4 mm，渠坡变形显著大于渠底和渠顶。这是因为模型渠道中法向变形量监测点分别设置于渠底、渠坡和渠顶位置，3个测点处的水分变化情况受限于模型内渠水位升降过程而存在显著差异，造成了渠坡处较大的干湿循环幅度，而土体含水率变化幅度越大，土体强度的衰减越明显[24]，故渠坡处易发生向临空面的劣化变形，这与图15,16中黑色虚线圈内实测数据的变化趋势一致，即渠坡处的法向位移在干燥阶段会出现一定的陡降现象。因此，在湿干冻融耦合循环过程中渠坡产生的法向变形最为显著，渠顶次之，渠底最小。

除此以外，随着湿干冻融耦合循环次数的增加，试验#1和试验#2中单次湿干冻融耦合循环过程中渠道法向位移量变化幅度呈逐渐增大的趋势。在每次湿干冻融作用过程完成后，模型渠道的累积法向位移量都进一步增大，试验#1和试验#2中渠底、渠坡和渠顶的最终法向位移量分别为-7.2,-15.0,-9.9和-5.7,-15.5,-8.4 mm，渠坡变形显著大于渠底和渠顶。这是因为模型渠道中法向变形量监测点分别设置于渠底、渠坡和渠顶位置，3个测点处的水分变化情况受限于模型内渠水位升降过程而存在显著差异，造成了渠坡处较大的干湿循环幅度，而土体含水率变化幅度越大，土体强度的衰减越明显[24]，故渠坡处易发生向临空面的劣化变形，这与图15,16中黑色虚线圈内实测数据的变化趋势一致，即渠坡处的法向位移在干燥阶段会出现一定的陡降现象。因此，在湿干冻融耦合循环过程中渠坡产生的法向变形最为显著，渠顶次之，渠底最小。4 渠道劣化失稳机理分析

【参考文献】：
期刊论文
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[3]湿干冻融耦合循环作用下膨胀土裂隙演化规律[J]. 蔡正银,朱洵,黄英豪,张晨.  岩土工程学报. 2019(08)
[4]U形混凝土衬砌结构冻胀性能离心模型试验研究[J]. 唐少容,王红雨,潘鑫,顾行文,任国峰.  农业工程学报. 2019(01)
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[6]冻融循环下膨胀土物理力学特性研究[J]. 许雷,刘斯宏,鲁洋,宋迎俊,杨齐.  岩土力学. 2016(S2)
[7]输水渠道冻胀离心模拟试验[J]. 张晨,蔡正银,黄英豪,徐光明,任国峰.  岩土工程学报. 2016(01)
[8]渠道冻胀离心模型试验设备的研制[J]. 黄英豪,蔡正银,张晨,徐光明,洪建忠,赵宝忠.  岩土工程学报. 2015(04)
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[10]水位变化诱发粉土边坡失稳离心模型试验[J]. 杨春宝,朱斌,孔令刚,韩连兵,陈云敏.  岩土工程学报. 2013(07)



本文编号：3117698