小型U形混凝土衬砌渠道抗冻胀试验与力学模型研究
发布时间：2021-04-16 10:55
宁夏位于季节冻土区,气候严寒,因冻胀导致渠道衬砌结构均有不同程度的破坏,因此开展季节性冻土区混凝土衬砌渠道的冻胀破坏原型试验具有重要意义。本文以宁夏引黄灌区内小型U形混凝土衬砌渠道为研究对象,在2017-2018年度布设两拼式和多拼式渠道传统板缝结构和消除板缝影响的无板缝结构的对比试验,通过比较两种结构的法向冻胀力、冻胀量的大小及分布特征,同时分析渠道各部位剩余冻胀量以及最大冻胀位移与冻胀力、地温和含水率之间的关系,探究季节冻土区小型U形混凝土衬砌结构板缝对渠道冻胀变形的影响;在渠道冻胀机理、冻胀破坏特征和抗拉冻结强度影响因素分析的基础上,提出两拼式渠道传统板缝结构的法向冻结力为沿弧板呈三角形分布的荷载,在渠顶为零,渠底达到最大值,并推导出渠道任意截面切向冻结力大小的计算公式,通过合理简化及假设,建立了两拼U形混凝土衬砌渠道的冻胀破坏力学模型,不仅能计算出弧板内力、最大弯矩作用点,而且可以计算出渠道所受最大法向冻胀力和最大法向冻结力,最终通过算例及原位试验监测数据验证力学模型的合理性,具体研究结果如下:（1）小型U形混凝土衬砌渠道在板缝处的冻胀位移差较大,渠道在此处也更容易发生冻胀破坏...
【文章来源】：宁夏大学宁夏回族自治区 211工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１两拼式渠道结构示意图
２．３．１试验板缝结构处理方案??本次试验选取四处试验段，分别为两拼式和多拼式渠道的板缝结构与无板缝结构，两种结构??示意图如图２－１、２－２所示，试验段选取以２．２节中标准为准，其中板缝结构为未经处理的传统渠??道结构形式，渠段选择后直接开始布设试验仪器，而无板缝结构先用钢筋连接板缝，后用水泥砂??浆充填孔洞，以达到最佳消除板缝结构的效果，试验处理如图２－３所示，在每两块板接缝处的中??点两侧１０ｍｍ处各钻直径为２０ｍｍ、深度为３０ｍｍ的圆孔，插入弓字钢筋后用水泥砂浆封堵圆孔，??钢筋长１２０ｍｍ，直径１０ｍｍ，两端弯折角度为％度。两拼式渠道在每条横缝加固５根钢筋，纵??缝加固６根钢筋。多拼式渠道在每条横缝和纵缝处均加固１根钢筋。所有试验段钢筋加固后，用??水泥砂浆覆盖并连接，如图２－４所示，覆盖厚度达到钢筋不掉落即可，水泥砂浆养护方法选择洒??水并覆盖，如图２－５所示。试验布置完成后至少在冬灌前２８天，冬灌后试验段过水，开始试验监??测工作
图２－５水泥砂浆养护?图２－６试验段冬灌后??２．３．２试验内容??（１）以宁夏引黄灌区两拼式和多拼式Ｕ形混凝土衬砌渠道为研究对象，选择冻胀典型试验??区域和符合要求的试验段布置试验并监测，监测内容包括试验段冻胀破坏现象、土壤含水率、土??壤温度、冻胀量及法向冻胀力。??（２）在２０１７－２０１８年完整冻融期内渠道冻胀破坏现象和监测数据的基础上，一方面通过冻胀??量对比分析板缝结构对渠道冻胀的影响，利用渠道板缝处位移差分析板缝结构本身和板缝数量对??渠道冻胀的影响，另一方面利用Ｏｒｉｇｉｎ软件对比分析渠道加固前后渠顶、坡脚和渠底冻胀位移与??各影响因素间的关系。??（３）以最后一次监测日期内监测数据为基础，对比分析２０１７－２０１８年冻融期内板缝加固前后??渠顶、坡脚和渠底位置的剩余冻胀量。??２．４试验仪器及现场布置??２．４．１试验仪器介绍??
【参考文献】：
期刊论文
[1]冻土-混凝土界面冻结强度特征与形成机理研究[J]. 何鹏飞,马巍,穆彦虎,董建华,黄永庭. 农业工程学报. 2018(23)
[2]U形混凝土渠道冻胀监测试验研究[J]. 谢锐,王志军. 黑龙江水利科技. 2017(12)
[3]土壤含水率测定方法研究[J]. 窦金熙,郭玉明,王盛,刘蒋龙. 山西农业科学. 2017(03)
[4]膨润土防渗毯渠道衬砌防冻胀试验研究[J]. 冯有亭,陆立国. 水利水电技术. 2016(12)
[5]寒冷地区输水渠道冻胀破坏链式分析及减灾研究[J]. 张如意,姜海波,王正成. 冰川冻土. 2016(06)
[6]三板拼接式小型U形混凝土衬砌渠道冻胀破坏力学模型[J]. 唐少容,王红雨. 农业工程学报. 2016(11)
[7]考虑土与板间摩擦力的两拼式U形复合衬砌渠道冻胀破坏力学模型[J]. 王江伟,王红雨. 中国农村水利水电. 2016(05)
[8]旱寒地区U形玻璃钢和混凝土渠道抗冻胀性能的研究[J]. 程传胜,田军仓,王斌,高靖. 水资源与水工程学报. 2015(06)
[9]两拼式U形渠道混凝土衬砌结构冻胀破坏力学模型[J]. 李翠玲,王红雨. 中国农村水利水电. 2014(05)
[10]考虑混凝土衬砌板与冻土接触非线性的渠道冻胀数值模拟[J]. 李爽,王正中,高兰兰,刘铨鸿,王文杰,孙杲辰. 水利学报. 2014(04)
博士论文
[1]渠道衬砌冻胀破坏力学模型及防冻胀结构研究[D]. 李甲林.西北农林科技大学 2009
硕士论文
[1]考虑接触力学行为的U型渠道冻胀数值模拟与衬砌结构优化研究[D]. 高凤.西北农林科技大学 2016
[2]宁夏引黄灌区小型U形混凝土衬砌渠道冻胀监测与数据分析[D]. 吕步锦.宁夏大学 2016
[3]U形混凝土渠道冻胀监测试验及其抗冻胀力学模型探讨[D]. 王江伟.宁夏大学 2016
[4]宁夏引黄灌区骨干渠道EPS保温板厚度优选试验及数值模拟研究[D]. 武慧芳.宁夏大学 2015
[5]小型U形混凝土衬砌渠道冻胀变形试验研究[D]. 李存云.宁夏大学 2015
[6]玻璃钢在小型U形渠道中的应用研究[D]. 司娜.内蒙古科技大学 2014
[7]宁夏引黄灌区小型U形渠道抗冻胀试验与衬砌结构研究[D]. 白剑.宁夏大学 2014
[8]小型U形渠道混凝土衬砌冻胀破坏力学模型的研究[D]. 李翠玲.宁夏大学 2014
[9]寒区混凝土防渗渠道保温防冻胀措施保温层合理厚度研究[D]. 刘志斌.石河子大学 2013
本文编号：3141294
【文章来源】：宁夏大学宁夏回族自治区 211工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１两拼式渠道结构示意图
２．３．１试验板缝结构处理方案??本次试验选取四处试验段，分别为两拼式和多拼式渠道的板缝结构与无板缝结构，两种结构??示意图如图２－１、２－２所示，试验段选取以２．２节中标准为准，其中板缝结构为未经处理的传统渠??道结构形式，渠段选择后直接开始布设试验仪器，而无板缝结构先用钢筋连接板缝，后用水泥砂??浆充填孔洞，以达到最佳消除板缝结构的效果，试验处理如图２－３所示，在每两块板接缝处的中??点两侧１０ｍｍ处各钻直径为２０ｍｍ、深度为３０ｍｍ的圆孔，插入弓字钢筋后用水泥砂浆封堵圆孔，??钢筋长１２０ｍｍ，直径１０ｍｍ，两端弯折角度为％度。两拼式渠道在每条横缝加固５根钢筋，纵??缝加固６根钢筋。多拼式渠道在每条横缝和纵缝处均加固１根钢筋。所有试验段钢筋加固后，用??水泥砂浆覆盖并连接，如图２－４所示，覆盖厚度达到钢筋不掉落即可，水泥砂浆养护方法选择洒??水并覆盖，如图２－５所示。试验布置完成后至少在冬灌前２８天，冬灌后试验段过水，开始试验监??测工作
图２－５水泥砂浆养护?图２－６试验段冬灌后??２．３．２试验内容??（１）以宁夏引黄灌区两拼式和多拼式Ｕ形混凝土衬砌渠道为研究对象，选择冻胀典型试验??区域和符合要求的试验段布置试验并监测，监测内容包括试验段冻胀破坏现象、土壤含水率、土??壤温度、冻胀量及法向冻胀力。??（２）在２０１７－２０１８年完整冻融期内渠道冻胀破坏现象和监测数据的基础上，一方面通过冻胀??量对比分析板缝结构对渠道冻胀的影响，利用渠道板缝处位移差分析板缝结构本身和板缝数量对??渠道冻胀的影响，另一方面利用Ｏｒｉｇｉｎ软件对比分析渠道加固前后渠顶、坡脚和渠底冻胀位移与??各影响因素间的关系。??（３）以最后一次监测日期内监测数据为基础，对比分析２０１７－２０１８年冻融期内板缝加固前后??渠顶、坡脚和渠底位置的剩余冻胀量。??２．４试验仪器及现场布置??２．４．１试验仪器介绍??
【参考文献】：
期刊论文
[1]冻土-混凝土界面冻结强度特征与形成机理研究[J]. 何鹏飞,马巍,穆彦虎,董建华,黄永庭. 农业工程学报. 2018(23)
[2]U形混凝土渠道冻胀监测试验研究[J]. 谢锐,王志军. 黑龙江水利科技. 2017(12)
[3]土壤含水率测定方法研究[J]. 窦金熙,郭玉明,王盛,刘蒋龙. 山西农业科学. 2017(03)
[4]膨润土防渗毯渠道衬砌防冻胀试验研究[J]. 冯有亭,陆立国. 水利水电技术. 2016(12)
[5]寒冷地区输水渠道冻胀破坏链式分析及减灾研究[J]. 张如意,姜海波,王正成. 冰川冻土. 2016(06)
[6]三板拼接式小型U形混凝土衬砌渠道冻胀破坏力学模型[J]. 唐少容,王红雨. 农业工程学报. 2016(11)
[7]考虑土与板间摩擦力的两拼式U形复合衬砌渠道冻胀破坏力学模型[J]. 王江伟,王红雨. 中国农村水利水电. 2016(05)
[8]旱寒地区U形玻璃钢和混凝土渠道抗冻胀性能的研究[J]. 程传胜,田军仓,王斌,高靖. 水资源与水工程学报. 2015(06)
[9]两拼式U形渠道混凝土衬砌结构冻胀破坏力学模型[J]. 李翠玲,王红雨. 中国农村水利水电. 2014(05)
[10]考虑混凝土衬砌板与冻土接触非线性的渠道冻胀数值模拟[J]. 李爽,王正中,高兰兰,刘铨鸿,王文杰,孙杲辰. 水利学报. 2014(04)
博士论文
[1]渠道衬砌冻胀破坏力学模型及防冻胀结构研究[D]. 李甲林.西北农林科技大学 2009
硕士论文
[1]考虑接触力学行为的U型渠道冻胀数值模拟与衬砌结构优化研究[D]. 高凤.西北农林科技大学 2016
[2]宁夏引黄灌区小型U形混凝土衬砌渠道冻胀监测与数据分析[D]. 吕步锦.宁夏大学 2016
[3]U形混凝土渠道冻胀监测试验及其抗冻胀力学模型探讨[D]. 王江伟.宁夏大学 2016
[4]宁夏引黄灌区骨干渠道EPS保温板厚度优选试验及数值模拟研究[D]. 武慧芳.宁夏大学 2015
[5]小型U形混凝土衬砌渠道冻胀变形试验研究[D]. 李存云.宁夏大学 2015
[6]玻璃钢在小型U形渠道中的应用研究[D]. 司娜.内蒙古科技大学 2014
[7]宁夏引黄灌区小型U形渠道抗冻胀试验与衬砌结构研究[D]. 白剑.宁夏大学 2014
[8]小型U形渠道混凝土衬砌冻胀破坏力学模型的研究[D]. 李翠玲.宁夏大学 2014
[9]寒区混凝土防渗渠道保温防冻胀措施保温层合理厚度研究[D]. 刘志斌.石河子大学 2013
本文编号：3141294
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