【摘要】：新疆地處季節(jié)性凍土區(qū),由于常年干旱缺水,修建了諸多用于灌區(qū)和水電站發(fā)電的引水渠道。這些渠道中有一類冬季輸水渠道,此種渠道在冬季繼續(xù)為電站或城市供水。受渠內水影響,此類渠道基土含水率一般高于冬季停水渠道,因此,凍脹破壞也比冬季停水渠道更為劇烈。本文在閱讀與分析大量國內外文獻基礎上,詳細闡述了冬季輸水渠道凍脹機理、破壞特征、防護措施等方面的研究進展。論文主要研究工作及成果包括以下幾點:(1)依據(jù)有限元分析理論,利用ANSYS有限元軟件,深入探究冬季無冰蓋輸水混凝土襯砌渠道溫度場、應力場及位移場凍脹基本定性規(guī)律,進而提出三種針對冬季輸水渠道的防凍脹措施,分別為高水位運行保溫防凍脹措施、聚苯乙烯保溫防凍脹措施及新式換填防凍脹措施,并對其溫度場、應力場及位移場進行數(shù)值模擬深入分析凍脹變化定性規(guī)律。(2)對水深為2m、3m及4m渠道受負溫影響時的溫度場、應力場及位移場一般凍脹規(guī)律進行了探究,研究表明高水位運行是一種有效的保溫防凍脹措施。溫度場變化規(guī)律:不同水深時渠道在空氣、水面及襯砌板交界處都會產生巨大溫差,溫度等值線在此處出現(xiàn)強烈波動。應力場變化規(guī)律:不同水深時渠道襯砌板上最大應力產生的位置都為空氣、水面及襯砌板交界處,隨著過水深度的增加,應力逐漸降低。位移場變化規(guī)律:隨著過水深度的增加,最大凍脹位移逐漸減小且逐漸轉移到渠道頂部,最終得出該渠道冬季合理輸水水深為4m。(3)冬季輸水渠道應用聚苯乙烯保溫防凍脹措施后對其溫度場、應力場及位移場數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn),溫度場變化規(guī)律:渠頂水平方向1.5m范圍以內及水面以上混凝土襯砌板后的法向凍深有所下降,隨著保溫板厚度增加,渠道凍深呈減小趨勢,但減小的幅度逐漸減小;應力場變化規(guī)律:渠道增加8cm厚聚苯乙烯保溫板較無保溫措施時襯砌層上最大上應力削減48.23%,由此可見聚苯乙烯新式保溫防凍脹結構可有效降低混凝土襯砌層上的應力,隨著保溫板厚度增加,應力降低幅度逐漸減小。位移場變化基本規(guī)律:渠道在鋪設8cm厚度的聚苯乙烯保溫板后較未采用防凍脹措施時最大凍脹位移削減52.32%,由此可見渠道在采用聚苯乙烯保溫新式防凍脹結構后可大幅度降低凍脹位移,隨著保溫板厚度不斷增加,其位移削減幅度也隨之減小,最終得出保溫板的最佳厚度為14cm。(4)冬季輸水渠道應用新式換填防凍脹措施后對其溫度場、應力場及位移場數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn),溫度場變化規(guī)律:隨著換填深度逐漸增加,負溫侵入渠基土的深度不斷加深,邊坡板后法向凍深也逐漸增加。應力場變化規(guī)律:換填60cm深度砂礫土較無換填措施的渠道襯砌板上最大應力降低78.78%,可見新式換填防凍脹措施可有效降低襯砌層上應力,隨著換填深度不斷增加,應力減小幅度也逐漸降低。位移場變化規(guī)律:渠道換填60cm深度的砂礫土較無換填措施時最大凍脹位移削減41.8%,表明換填砂礫土可有效降低凍脹位移產生,最終得出最佳換填深度為120cm。
【圖文】：

圖 1-1 中國凍土區(qū)域劃分圖Fig.1-1 Regional division map of frozen soil in Chin溫作用使得具有防滲作用的混凝土襯砌基土中，，渠內水在長途流動中造成了巨大及渠道經過凍融作用防水防凍材料的老

技術路線
【學位授予單位】：石河子大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TV698.26

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 董江偉;姜海波;湯驊;唐凱;;弧底梯形和U形剛柔混合襯砌渠道凍脹有限元分析[J];中國農村水利水電;2015年11期

2 宋玲;歐陽輝;余書超;;混凝土防滲渠道冬季輸水運行中凍脹與抗凍脹力驗算[J];農業(yè)工程學報;2015年18期

3 姜海波;田艷;;季節(jié)凍土區(qū)剛柔混合襯砌梯形渠道凍脹機理試驗[J];農業(yè)工程學報;2015年16期

4 高靖;田軍倉;王斌;;不同U型結構混凝土渠道凍脹數(shù)值模擬分析[J];灌溉排水學報;2015年04期

5 黃酒林;宗全利;劉貞姬;朱苗苗;王子堅;張小燕;;高寒區(qū)引水渠道抽水融冰原型試驗及分析[J];石河子大學學報(自然科學版);2014年03期

6 安元;;有限元數(shù)值模擬混凝土襯砌渠道苯板保溫效果研究[J];河南水利與南水北調;2014年10期

7 孫杲辰;王正中;王文杰;李爽;肖e

本文編號：2667324