小型U形混凝土衬砌渠道冻胀变形试验研究

发布时间：2017-04-26 19:01

  本文关键词：小型U形混凝土衬砌渠道冻胀变形试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水资源短缺已严重影响到宁夏社会经济的可持续性发展,加之用水结构分布不合理,水资源浪费严重,致使宁夏水资源供需矛盾更为尖锐。为实现“十二五”末全区灌溉水有效利用率达到0.5以上的目标要求,宁夏的高标准农田建设项目范围迅速扩大,农田水利建设步伐明显加快,灌区输配水渠道防渗衬砌率逐步提高。根据实地调研,宁夏各灌区渠道绝大部分采取混凝土结构进行防渗衬砌。其中斗、农级渠系采取小型U形混凝土衬砌结构者居多,主要衬砌结构形式有整体式U形、两拼式U形和多拼式U形。由于宁夏地处季节性冻土区,渠道衬砌结构在越冬过程中冻胀破坏现象十分突出。然而,当前大量的渠道衬砌结构的冻胀问题的研究成果主要集中于大中型骨干渠道上,这些成果并不完全适合断面尺寸较小、阶段性过水的小型U形渠道。本文通过现场原位观测试验及理论分析,对宁夏各灌区分布广泛的小型U形渠道混凝土衬砌结构的冻融变形及破坏特征等问题展开研究,最后根据试验数据及调研结果,探索性提出预制装配式渡槽型农渠设计方法。本文的主要结论有：(1)小型U形渠道混凝土衬砌结构整体抗冻胀性能较高,且U形渠道断面尺寸越小,衬砌结构分缝越少,其冻胀变形越小,冻胀位移分布越均匀连续。衬砌结构阳坡冻胀位移大于阴坡的,向阴坡偏转趋势显著。同时,衬砌结构冻胀位移与刚性连接缝及错缝的位置有较密切关联。(2)冻融期内,渠基土的水分重分布特征明显。融化后土壤含水率小于冻结前的土壤含水率,且含水率分布比冻结前的要均匀。(3)板下地温与渠基土之间无显著的相关性,地温短时骤变对冻深的影响不大。但冻深受极值负积温的影响很大。(4)冻融循环期内,板下地温值与气温变化、观测深度、观测时段均有关。板下30cm以下深度,地温值受极值负积温积累影响较大,不同深度处的地温值与极值负积温之间的关系有明显的区别；且地温与冻融历时时间呈较好的二次函数关系。在此深度范围内,上午9点左右观测时,阳坡地温值低于阴坡；下午2点观测时,阳坡地温值高于阴坡。板下30cm深度范围内,地温与均温之间不存在较显著的相关关系。依据所绘制的地温变化特征曲线可知,在衬砌板下30cm深度附近存在准恒地温层。同时板下地温值受渠基土含水率、渠道断面尺寸影响显著。(5)小型U形渠道混凝土衬砌结构冻胀变形观测结果显示,既有横向冻胀位移,又有纵向冻胀变形。衬砌结构的分缝数目越少,整体性抗冻胀能力越强。整理了两年的监测数据并进行相关分析后认为,衬砌结构冻胀位移与极值负积温、地温及渠基土冻深之间存在显著地多元线性相关性。(6)本文提出的预制装配式渡槽型农渠作为一种新型末级渠系设计方法是合理的,满足工程建设的经济技术要求。
【关键词】：小型U形渠道 衬砌结构 冻胀位移 地温分布 冻胀影响因素 结构设计
【学位授予单位】：宁夏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV698.26;TV672
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 引言9-20
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.1.1 研究背景9-10
• 1.1.2 研究对象10
• 1.1.3 研究意义10
• 1.2 国内外渠道衬砌冻融变形研究现状10-16
• 1.2.1 渠道冻融变形特征研究进展11-12
• 1.2.2 岩土冻胀机理研究进展12-13
• 1.2.3 渠道衬砌冻胀试验研究进展13-14
• 1.2.4 渠道衬砌数值模拟试验研究进展14-15
• 1.2.5 U形混凝土衬砌渠道冻胀力学模型15
• 1.2.6 混凝土衬砌渠道防冻胀技术措施应用状况15-16
• 1.3 冻胀变形研究存在的问题及发展趋势16-17
• 1.3.1 引发冻胀变形的因素及之间的关系16
• 1.3.2 渠道衬砌结构优化设计思想16-17
• 1.3.3 渠道衬砌施工质量及管理17
• 1.4 小型U形混凝土衬砌渠道冻胀变形研究的目标及内容17-18
• 1.4.1 研究目标17-18
• 1.4.2 研究内容18
• 1.5 研究的方法及技术方案18
• 1.5.1 研究方法18
• 1.5.2 研究技术方案18
• 1.6 本章小结18-20
• 第二章 原型试验条件及实施方案20-28
• 2.1 原型监测试验区自然概况20-21
• 2.1.1 试验区地理环境20
• 2.1.2 试验区气候条件20-21
• 2.1.3 试验区地形、地貌及土壤21
• 2.1.4 试验区灌溉特点及水资源情况21
• 2.2 试验段基本条件21-24
• 2.2.1 典型试验段渠道基本情况21-22
• 2.2.2 试验段渠道水力要素22-23
• 2.2.3 试验段渠床土壤水分分布状况23-24
• 2.3 原型监测试验方案24-27
• 2.3.1 原型监测试验主要内容24-25
• 2.3.2 原型监测试验仪器及现场布置25
• 2.3.3 原型监测试验实施过程25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 冻融期内小型U形混凝土衬砌渠道板下地温分布特征28-41
• 3.1 气温与板下地温历时变化规律28-33
• 3.1.1 地温与冻融时间的关系29
• 3.1.2 地温与观测深度的关系29-30
• 3.1.3 地温与阴阳坡面的关系30-33
• 3.2 板下地温与极值平均气温之间的关系33
• 3.3 板下地温与极值负积温之间的关系33-35
• 3.4 板下地温与渠床土壤含水率的关系35-37
• 3.5 板下地温与冻深之间的关系37-39
• 3.6 本章小结39-41
• 第四章 冻融期内小型U形混凝土衬砌渠道冻胀位移分布特征41-48
• 4.1 整体式U形试验段衬砌渠道冻胀变形特征42-44
• 4.1.1 整体式U形衬砌渠道纵向冻胀变形特征42-43
• 4.1.2 整体式U形衬砌渠道横向冻胀变形特征43-44
• 4.2 两拼式U形试验段衬砌渠道冻胀变形特征44-45
• 4.2.1 两拼式U形衬砌渠道纵向冻胀变形特征44
• 4.2.2 两拼式U形衬砌渠道横向冻胀变形特征44-45
• 4.3 多拼式U形试验段衬砌渠道冻胀变形特征45-47
• 4.3.1 多拼式U形衬砌渠道纵向冻胀变形特征46
• 4.3.2 多拼式U形衬砌渠道横向冻胀变形特征46-47
• 4.4 本章小结47-48
• 第五章 小型U形混凝土衬砌结构冻胀影响因素分析48-59
• 5.1 衬砌结构冻胀位移与渠床土含水率之间的关系48
• 5.2 衬砌结构冻胀位移与极值负积温之间的关系48-50
• 5.3 衬砌结构冻胀位移与板下地温之间的关系50-51
• 5.4 衬砌结构冻胀位移与冻深之间的关系51-53
• 5.4.1 整体式U形衬砌结构冻胀位移与冻深之间的关系51-52
• 5.4.2 两拼式U形衬砌结构冻胀位移与冻深之间的关系52-53
• 5.5 衬砌结构冻胀位移与各因素之间的多元线性相关关系53-57
• 5.5.1 模型建立53
• 5.5.2 回归分析53-55
• 5.5.3 系数综合化55-56
• 5.5.4 回归效果显著性检验56-57
• 5.6 衬砌结构冻胀位移与各因素之间的多元非性相关关系57-58
• 5.7 本章小结58-59
• 第六章 考虑双向冻胀变形的农渠U形衬砌结构设计59-64
• 6.1 设计理念及其施工要点59-61
• 6.1.1 设计理念59
• 6.1.2 渠道结构及细部构造59-61
• 6.1.3 渠道设计要点61
• 6.1.4 渠道施工要点61
• 6.2 设计渠道的实用性分析61-63
• 6.2.1 功能实现与防渗效果分析62
• 6.2.2 适用范围及经济性分析62-63
• 6.3 本章小结63-64
• 第七章 结论与展望64-66
• 7.1 研究结论64-65
• 7.2 研究存在的问题及展望65-66
• 参考文献66-72
• 致谢72-73
• 个人简介73

【参考文献】

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本文编号：329022