發(fā)布時間：2018-02-11 08:03

  本文關(guān)鍵詞： 渠道 U形襯砌 凍脹機理 數(shù)值模擬　出處：《寧夏大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：對于季節(jié)性凍脹地區(qū),渠道凍害是影響渠道防滲襯砌工程運行的主要問題。渠道襯砌工程的凍脹機理及相關(guān)參數(shù)對于襯砌結(jié)構(gòu)抗凍脹性能的影響規(guī)律是渠道襯砌工程中急需解決的重要技術(shù)問題之一。針對寧夏地區(qū)典型U形渠道襯砌特點,本文依據(jù)凍土物理學、有限元理論、彈塑性力學、結(jié)構(gòu)力學等相關(guān)學科的基礎(chǔ)理論,采用試驗及數(shù)值模擬方法,對U形渠道襯砌凍脹機理及影響U形襯砌抗凍脹性能的相關(guān)參數(shù)進行了分析研究。提出了典型土質(zhì)下U形渠道襯砌凍脹敏感性預測模型,修正并驗證了 U形渠道襯砌數(shù)值模型并分析了不同參數(shù)對U形混凝土襯砌抗凍性能的影響規(guī)律。主要研究結(jié)論及成果包括:(1)建立了一種U形混凝土襯砌渠道凍脹特性的連續(xù)觀測試驗方法,建立了混凝土襯砌渠道渠基不同位置凍脹量觀測系統(tǒng),渠基不同位置土壤水分觀測系統(tǒng),確定了影響襯砌不同位置凍脹力觀測系統(tǒng)的平面布置和橫斷面布置特征,研發(fā)了混凝土襯砌渠道凍脹特性的觀連續(xù)觀測設(shè)備和方法。(2)探討了渠基季節(jié)性凍融土壤基本物理特性、土壤熱流、水分遷移方程及水熱耦合基本方程影響因素,探明了 U形渠道渠基土壤凍結(jié)溫度及未凍水分的變化規(guī)律、渠基土壤不同部位在不同深度范圍內(nèi)的溫度及未凍水變化規(guī)律及分布特征。建立了典型土質(zhì)條件下土壤未凍水含量與溫度之間的關(guān)系模型。(3)揭示了 U形渠道在典型土質(zhì)條件下,渠基不同深度范圍內(nèi)的溫度、水分與凍脹率的相關(guān)度及變化規(guī)律,以及U形混凝土襯砌所受凍脹力與渠基土壤凍脹率的相關(guān)度及變化規(guī)律。建立了典型土質(zhì)條件下渠基土壤凍脹敏感性及渠道襯砌所受凍脹力預測模型。(4)通過混凝土材性試驗,對寧夏常用混凝土襯砌進行了數(shù)值模型基本參數(shù)的修正,并應用大型有限元分析軟件ADINA建立U形混凝土襯砌彌散型裂縫分析模型。驗證了彌散型裂縫數(shù)值分析的可行性,提出了分析U形襯砌在凍脹力作用下的數(shù)值模擬非線性分析方法。(5)結(jié)合我國現(xiàn)行渠道襯砌設(shè)計的相關(guān)規(guī)范并利用彌散型裂縫模型,揭示了 U形混凝土襯砌的材料強度等級、U形襯砌結(jié)構(gòu)傾角以及襯砌厚度等不同參數(shù)的混凝土襯砌在凍脹力作用下的力學響應規(guī)律及參數(shù)對襯砌抗凍脹性能影響規(guī)律,提出了通過襯砌抗凍脹系數(shù)判斷U形襯砌抗凍脹性能的方法。
[Abstract]:For seasonal frost heaving areas, The frost damage of channel is the main problem that affects the operation of canal anti-seepage lining engineering. The frost heave mechanism of channel lining engineering and the influence law of relevant parameters on the frost heaving performance of lining structure are the important problems that need to be solved urgently in canal lining engineering. One of the technical problems. According to the characteristics of typical U-shaped channel lining in Ningxia, Based on the basic theories of frozen soil physics, finite element theory, elastic-plastic mechanics, structural mechanics and so on, this paper adopts experimental and numerical simulation methods. The frost heaving mechanism of U-shaped channel lining and the related parameters affecting the frost heaving resistance of U-shaped lining are analyzed and studied. A prediction model for frost heave sensitivity of U-shaped canal lining under typical soil quality is proposed. The numerical model of U-shaped channel lining is revised and verified, and the influence of different parameters on the frost resistance of U-shaped concrete lining is analyzed. The main research conclusions and results include: (1) A kind of U-shaped concrete lining channel frost is established. Test method for continuous observation of dilatancy, The observation system of frost heaving quantity at different positions of canal foundation of concrete lining and the observation system of soil moisture in different positions of canal foundation are established. The plane arrangement and cross section arrangement characteristics of the observation system affecting the frost heave force in different positions of lining are determined. The observational equipment and method of continuous observation of frost heaving characteristics of concrete lining canals are developed. The basic physical properties, soil heat flux, water transfer equation and coupled basic equation of water and heat are discussed. The changes of soil freezing temperature and unfrozen moisture in U-shaped canal foundation were investigated. The variation and distribution characteristics of temperature and unfrozen water in different parts of canal soil in different depth range were studied. The model of relationship between soil unfrozen water content and temperature under typical soil quality was established. Under typical soil conditions, Correlation and variation of temperature, moisture and frost heaving rate in different depth range of canal foundation, And the correlation between frost heaving force of U-shaped concrete lining and soil frost heaving rate of canal foundation and its variation law. A model for predicting frost heave sensitivity of canal foundation soil and frost heave force of canal lining under typical soil quality is established. The basic parameters of numerical model of common concrete lining in Ningxia were revised, and the model of U shape concrete lining dispersion crack was established by using large scale finite element analysis software ADINA. The feasibility of numerical analysis of dispersive crack was verified. A numerical simulation nonlinear analysis method of U-shaped lining under frost heaving force is put forward. Combining with the relevant codes of channel lining design in China and using the dispersive crack model, this paper presents a new method of numerical simulation for U-shaped lining under frost heaving force. This paper reveals the mechanical response law of U-shaped concrete lining under frost heaving force and the influence of parameters on the frost heaving performance of U-shaped concrete lining with different parameters such as inclination angle of U-shaped concrete lining structure and thickness of U-shaped concrete lining under the action of frost heaving force, and the influence of the parameters on the frost heaving performance of the lining. A method for judging the frost heaving property of U-shaped lining is put forward through the frost-resistant coefficient of lining.
【學位授予單位】：寧夏大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TV698.26

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本文編號：1502570