旱寒区输水渠道防渗抗冻胀研究进展与前沿
发布时间：2022-02-14 13:20
渠道在农业灌溉和长距离调水工程中作为首选输水形式发挥着重要的作用。但因旱寒区输水渠道渗漏与冻胀互为因果形成恶性循环,导致渠道渗漏、冻胀、隆起、架空、失稳滑塌等冻融老化破坏普遍且严重,直接影响工程输水效率及渠道的安全运行与效益发挥。该研究着重从探究渠道冻融破坏机理而进行的室内试验和现场原型监测、工程力学模型、水-热-力耦合数值模型及防渗抗冻胀技术等方面论述了旱寒区输水渠道防渗抗冻胀的研究进展;在此基础上,指出了太阳辐射、冻融、盐渍化等复杂环境及冬季输水、水位骤降等运行工况下的渠道多场耦合破坏机理及相应的多场耦合数值模型、衬砌-冻土相互作用模型、失效准则与设计方法、防渗抗冻胀措施标准化及渠道灾变过程与防控技术等渠道防渗抗冻胀有待研究的问题和难点;探讨了完善和提升旱寒区渠道防渗抗冻胀的设计理论与方法、建立全生命周期内的灾变链动态演变预警模型等未来发展方向及趋势,为旱寒区输水渠道工程科学设计与安全高效运行提供指导。
【文章来源】：农业工程学报. 2020,36(22)北大核心EICSCD
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
寒区输水渠道渗-冻互馈机制示意图
王正中[17]根据渠道冻胀变形分布规律，将衬砌板简化为承受法向冻胀力、法向及切向冻结力、衬砌间相互约束的两端简支梁。其中法向冻胀力和切向冻结力沿衬砌线性分布，法向冻胀力在坡顶为0，坡底最大(q0)，底板两端与临近坡脚相等；底板上抬产生的顶推力(N)与坡板产生切向冻结力平衡，坡顶为0，坡脚最大(f0)，底板忽略切向冻结力，各力间维持静力平衡极限状态，见图2。针对水力和抗冻胀性能优良的弧底梯形渠道（见图3），根据其冻胀变形特征和分布规律，建立了通用的曲线形渠道冻胀力学模型[51]。
针对水力和抗冻胀性能优良的弧底梯形渠道（见图3），根据其冻胀变形特征和分布规律，建立了通用的曲线形渠道冻胀力学模型[51]。上述模型的建立主要基于工程力学理论，依据极限平衡法建立衬砌结构的整体受力平衡方程，建立了法向冻胀力与法向、切向冻结力及约束反力之间的依存关系，进一步计算出衬砌板上任一点的弯矩、轴力及剪力值。依据最大拉应变准则建立衬砌板的拉裂破坏判据，提出了渠道抗冻胀设计与强度复核的定量方法[17]。基于对上述力学模型的完善，申向东等[52]建立了预制混凝土衬砌梯形渠道的力学模型；孙杲辰等[53]基于断裂力学推导了衬砌渠道冻胀破坏的断裂力学模型；宋玲等[54]引入桩的抗冻拔验算方法，建立了冬季无冰盖输水渠道的力学模型。上述力学模型不仅使寒区渠道有了量化的设计方法，而且揭示了宽浅式渠道抗冻胀的机理和解除冻结约束可减小法向冻胀力和冻胀破坏的机理，为后续研究奠定了理论基础。
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅析我国农田灌溉渠道防渗技术研究进展[J]. 叶知晖,吴建东. 水利规划与设计. 2020(06)
[2]冰盖输水衬砌渠道冰冻破坏统一力学模型[J]. 葛建锐,王正中,牛永红,王羿,肖旻,刘铨鸿,江浩源. 农业工程学报. 2020(01)
[3]大型弧底梯形渠道“适缝”防冻胀机理及应用研究[J]. 江浩源,王正中,王羿,刘铨鸿,葛建锐. 水利学报. 2019(08)
[4]基于弹性地基梁理论的梯形渠道混凝土衬砌冻胀力学模型[J]. 李宗利,姚希望,杨乐,邵化建,王正中. 农业工程学报. 2019(15)
[5]基于弹性薄层接触模型研究衬砌渠道双膜防冻胀布设[J]. 王羿,王正中,刘铨鸿,刘月. 农业工程学报. 2019(12)
[6]温-水-土-结构耦合作用下寒区梯形衬砌渠道结构形体优化[J]. 王羿,刘瑾程,刘铨鸿,王正中. 清华大学学报(自然科学版). 2019(08)
[7]我国灌区建设及管理技术发展成就与展望[J]. 高占义. 水利学报. 2019(01)
[8]寒区输水渠道衬砌与冻土相互作用的冻胀破坏试验研究[J]. 王羿,王正中,刘铨鸿,肖旻. 岩土工程学报. 2018(10)
[9]寒区弧底梯形衬砌渠道冻胀破坏的尺寸效应研究[J]. 王正中,刘少军,王羿,刘铨鸿,葛建锐. 水利学报. 2018(07)
[10]中国西北“水三线”空间格局与水资源配置方略[J]. 邓铭江. 地理学报. 2018(07)
硕士论文
[1]冻土水热力三场耦合的衬砌渠道冻胀数值模拟研究[D]. 王文杰.西北农林科技大学 2013
本文编号：3624636
【文章来源】：农业工程学报. 2020,36(22)北大核心EICSCD
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
寒区输水渠道渗-冻互馈机制示意图
王正中[17]根据渠道冻胀变形分布规律，将衬砌板简化为承受法向冻胀力、法向及切向冻结力、衬砌间相互约束的两端简支梁。其中法向冻胀力和切向冻结力沿衬砌线性分布，法向冻胀力在坡顶为0，坡底最大(q0)，底板两端与临近坡脚相等；底板上抬产生的顶推力(N)与坡板产生切向冻结力平衡，坡顶为0，坡脚最大(f0)，底板忽略切向冻结力，各力间维持静力平衡极限状态，见图2。针对水力和抗冻胀性能优良的弧底梯形渠道（见图3），根据其冻胀变形特征和分布规律，建立了通用的曲线形渠道冻胀力学模型[51]。
针对水力和抗冻胀性能优良的弧底梯形渠道（见图3），根据其冻胀变形特征和分布规律，建立了通用的曲线形渠道冻胀力学模型[51]。上述模型的建立主要基于工程力学理论，依据极限平衡法建立衬砌结构的整体受力平衡方程，建立了法向冻胀力与法向、切向冻结力及约束反力之间的依存关系，进一步计算出衬砌板上任一点的弯矩、轴力及剪力值。依据最大拉应变准则建立衬砌板的拉裂破坏判据，提出了渠道抗冻胀设计与强度复核的定量方法[17]。基于对上述力学模型的完善，申向东等[52]建立了预制混凝土衬砌梯形渠道的力学模型；孙杲辰等[53]基于断裂力学推导了衬砌渠道冻胀破坏的断裂力学模型；宋玲等[54]引入桩的抗冻拔验算方法，建立了冬季无冰盖输水渠道的力学模型。上述力学模型不仅使寒区渠道有了量化的设计方法，而且揭示了宽浅式渠道抗冻胀的机理和解除冻结约束可减小法向冻胀力和冻胀破坏的机理，为后续研究奠定了理论基础。
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅析我国农田灌溉渠道防渗技术研究进展[J]. 叶知晖,吴建东. 水利规划与设计. 2020(06)
[2]冰盖输水衬砌渠道冰冻破坏统一力学模型[J]. 葛建锐,王正中,牛永红,王羿,肖旻,刘铨鸿,江浩源. 农业工程学报. 2020(01)
[3]大型弧底梯形渠道“适缝”防冻胀机理及应用研究[J]. 江浩源,王正中,王羿,刘铨鸿,葛建锐. 水利学报. 2019(08)
[4]基于弹性地基梁理论的梯形渠道混凝土衬砌冻胀力学模型[J]. 李宗利,姚希望,杨乐,邵化建,王正中. 农业工程学报. 2019(15)
[5]基于弹性薄层接触模型研究衬砌渠道双膜防冻胀布设[J]. 王羿,王正中,刘铨鸿,刘月. 农业工程学报. 2019(12)
[6]温-水-土-结构耦合作用下寒区梯形衬砌渠道结构形体优化[J]. 王羿,刘瑾程,刘铨鸿,王正中. 清华大学学报(自然科学版). 2019(08)
[7]我国灌区建设及管理技术发展成就与展望[J]. 高占义. 水利学报. 2019(01)
[8]寒区输水渠道衬砌与冻土相互作用的冻胀破坏试验研究[J]. 王羿,王正中,刘铨鸿,肖旻. 岩土工程学报. 2018(10)
[9]寒区弧底梯形衬砌渠道冻胀破坏的尺寸效应研究[J]. 王正中,刘少军,王羿,刘铨鸿,葛建锐. 水利学报. 2018(07)
[10]中国西北“水三线”空间格局与水资源配置方略[J]. 邓铭江. 地理学报. 2018(07)
硕士论文
[1]冻土水热力三场耦合的衬砌渠道冻胀数值模拟研究[D]. 王文杰.西北农林科技大学 2013
本文编号：3624636
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