冬季渠道防冻胀聚苯乙烯保温技术状态分析

发布时间：2021-12-31 10:13

　　聚苯乙烯保温技术是近年应用渐多的一种寒区渠道冬季防冻应用技术。参考工程案例,借助ANSYS工程模拟计算系统,围绕冻深与温度场、砌衬板上应力与应变等重点技术参项,对冬季渠道防冻胀聚苯乙烯保温重点技术状态开展专题数理模拟分析探究,探究该技术工程应用条件下的冻深与温度场、砌衬板上应力与应变的重点技术状态规律,以期为同类渠道防冻胀应用提供研究和技术参考。 

【文章来源】：水利科技与经济. 2020,26(09)

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

案例输水渠道局部冻胀损坏

基于防冻胀保温板新式构造的冻深和温度场分析

在本研究中，通过案例工程的深度剖析，决定分别对输水和停水这两种渠道进行全面且有效地模拟分析，同时将非冻土层、冻土层和混凝土砌衬板看作是不可分割的整体。模型构建详见图2及图3。渠道基土是透水性较好的粉质壤土，渠道所在地的地下水深超过4 m，但地下水影响在输水渠道冻胀时可直接忽略，可将总渠道冻胀视为封闭式冻结系统。两种计算模型均以实体工程规格为依托，唯一不同在于输水渠道水体加深了2 m。两种模型的规格参数具体如下:渠道深4.5 m，渠顶部长3 m，Ⅰ区冻土部分、Ⅱ区未冻土部分和Ⅲ区深层土体部分的深度值分别为1.6、4.9及5.5 m。从渠顶到Ⅲ区底部的总深度为12 m。由于本工程实测数据不充分，只能参考同类工程的相关数据信息，并以此作为模型参数设置的重要依据。查阅《冻土物理学》后进一步得知，若渠底和渠坡中部的含水量分别为30%和20%，可将其导热参数分别定义为分别是0.57 W及1.10/(m·℃)，之后依照垂向部位坐标插值确定出其他部位的导热常数，冻土的冻胀常数为α=-η/t(1/℃)，实际上是负的热膨胀常数。混凝土和渠道Ⅱ区未冻土的导热常数分别为1.54和0.78 W/(m·℃)，正常情况下，地表5 m深度下的未冻土导热常数会很大。出于深度方面的考量，将Ⅲ区未冻土体看作是导热常数较大的深层土，并将其值设定为λb=4.7 W/(m·℃)。渠道上下边界的温度分别设定为10℃和11℃，在渠道水温基本平稳的情况下，温度演变介于0.5～1.7℃区间。在本研究中，将渠内水温拟定为1℃，此时因为不会结冰，也就不会形成冰压力。渠道两侧边界只对X方向施压，底部则同时对X及Y方向施压。冻土的物理力学参数见表1，渠道土体和其他材料物理力学参数见表2。

【参考文献】：
期刊论文
[1]季节性冻土区冬季输水渠道新式防冻胀结构的数值模拟[J]. 魏鹏,宋玲,陈瑞考,杜民瑞.  石河子大学学报(自然科学版). 2018(03)

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]渠道保温板的优化及抗冻胀辅助设计软件的研究[D]. 高兰兰.西北农林科技大学 2014
[3]渠道衬砌聚苯乙烯保温板防冻胀效果数值模拟[D]. 郭婧.西北农林科技大学 2013



本文编号：3560075