北方季節(jié)性凍土區(qū)渠道保溫防凍脹機理與應(yīng)用研究

發(fā)布時間：2020-06-21 20:30

【摘要】：多年來,內(nèi)蒙古河套灌區(qū)在渠道襯砌防凍脹方面取得了大量試驗研究成果,但在不同厚度聚苯板的保溫防凍脹效果方面的試驗研究較少,特別是對模袋混凝土襯砌渠道保溫效果目前還沒有相關(guān)研究。為了探明在預(yù)制混凝土板及模袋混凝土條件下鋪設(shè)聚苯板的保溫機制及抗凍脹效果,通過建立凍脹試驗場并結(jié)合原型渠道凍脹試驗,對不同保溫處理條件下基土地溫、凍深、凍脹量和含水率、地下水位等變化規(guī)律開展了研究,提出了以下主要創(chuàng)新性成果:1、通過對多年運行渠道中鋪設(shè)的聚苯板取樣檢測可知,表觀密度下降了7.92%～23.33%;渠坡上部導(dǎo)熱系數(shù)增大了 19.44%～50%,下部增大了86.11%～105.56%;尺寸穩(wěn)定性增大了 1～2倍,體積吸水率增大了 10.5～16.5倍。2、通過野外原位試驗,對河套灌區(qū)襯砌渠道聚苯乙烯板保溫防凍脹規(guī)律進行了試驗研究。得出在預(yù)制混凝土板條件下鋪設(shè)2～12cm厚的聚苯板,總積溫增溫236.95%～563.84%,削減凍脹率53%～94.7%,削減凍深64.02%～75.98%。單位厚度聚苯板可提高地溫0.88℃,削減凍脹量1.75cm,削減凍深9.24cm。3、通過開展不同模袋混凝土處理凍脹試驗得出,單位厚度模袋混凝土增溫為0.16℃,僅為聚苯板增溫值的18.1%,總積溫增溫僅為3.93%～9.22%。模袋混凝土下鋪設(shè)4～8cm聚苯板,總積溫增溫207.6%～272.3%,削減凍脹率為71.43%～96.6%。4、通過建立渠道凍脹力學(xué)模型,探討了渠道產(chǎn)生凍脹的主要原因。分析了渠道發(fā)生凍脹破壞的主要部位,并對典型渠道凍脹破壞進行了驗算。得出梯形渠道渠坡腳處所受軸力N(x)和剪力Q(x)均最大,渠坡板下部1/3處所受的彎矩值M(x)最大;渠底板坡腳處受到的剪力Q(x)最大,渠底板的1/2處所受彎矩M(x)最大。5、提出了河套地區(qū)襯砌渠道聚苯板適宜鋪設(shè)厚度。東西走向的預(yù)制混凝土渠道陰坡、陽坡和渠底適宜鋪設(shè)的聚苯板厚度分別為1Ocm、6cm和8cm;南北走向的預(yù)制混凝土襯砌渠道邊坡和渠底適宜鋪設(shè)的聚苯板厚度為8cm和7cm。并且標(biāo)定了采用理論方法計算河套地區(qū)渠道鋪設(shè)聚苯板厚度的理論參數(shù)。6、通過建立典型渠道數(shù)值模型,應(yīng)用ADINA有限元軟件分析了鋪設(shè)2～12cm聚苯板渠基土溫度梯度分布情況和增溫效果。鋪設(shè)聚苯板的增溫效果在30cm以上的土層中最為顯著。鋪設(shè)6cm以上聚苯板可提高保溫效果50%以上,削減凍脹量90%以上。7、以不同地下水位試驗平臺和原型渠道為研究對象,分析了地下水位對基土凍脹的影響效應(yīng)。當(dāng)?shù)叵滤唤档?.5～1.0m后,削減凍脹率為71%～83.8%。
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TV698.26
【圖文】：