【摘要】：新疆年平均降水量約為154.4mm,境內(nèi)山脈融雪構成大小河流570余條。冰川儲量達到2.14萬億立方米,素有“固體水庫”之稱。水資源總量約為823.7億立方米,但單位面積產(chǎn)水量僅為全國平均水平的六分之一。作為“一帶一路”及“絲綢之路經(jīng)濟帶”的核心區(qū)、作為中國下一個30年發(fā)展的“增長極”,其最重要的支撐要素是水資源,如若“跨域調(diào)水”的倡議得以實現(xiàn),屆時這些處于寒冷冬季且全年都輸水的渠道凍脹破壞問題必然會制約新疆實現(xiàn)未來的水平衡,國內(nèi)外對此類渠道的研究成果多與冰情方面有關,包括冰情數(shù)值模擬、冰情數(shù)據(jù)分析、反向輸水冰情控制、冰期運行模式研究、冰期水力響應與反饋。目前已成功建立了梯形混凝土襯砌渠道冬季停水時的力學模型,并提出了被動式的防凍脹措施,卻罕有對渠道冬季輸水時襯砌結構抗凍脹能力的研究。針對冬季輸水混凝土渠道凍脹的問題,本文選取影響渠道凍脹最主要的三個因素:溫度、水分、土作用的響應。因此有必要構建有限元三場耦合混凝土襯砌渠道耦合模型,對其在冬季輸水狀態(tài)下的凍脹情況深入分析。本文首先考慮水熱相變的作用,其次研究水熱耦合過程中渠基土體的水分遷移變化規(guī)律,最后將水熱耦合模塊計算的結果導入力學模塊并把渠內(nèi)水以荷載的形式輸入至應力預定義場之中,最終對其后處理得出的節(jié)點解利用已有的彈性力學公式計算板對渠基土的受力情況。全文主要內(nèi)容如下:(1)引入了對流傳熱方程,確定水流與固體壁面之間僅憑借熱傳導產(chǎn)生熱量的交換,得到導熱系數(shù)的表達式,進而可以把渠內(nèi)水未凍區(qū)和渠基土凍結區(qū)物理參數(shù)相連接。(2)相變對于渠基土溫度場的影響很大,選取一土柱分析其7d~90d的溫度場隨時間的變化情況,并選取新疆瑪納斯河流域四級電站引水渠為模擬原型,基于寒區(qū)渠道設計規(guī)范,對該渠道進行運行不輸水和運行輸水兩種狀態(tài)的分析,得出了在渠道運行不輸水時,溫差較大,凍深較大;在運行輸水時,輸水渠道相變釋放的潛熱更大,凍深相對前者更小。(3)對上述渠道模型進行水熱耦合模擬,發(fā)現(xiàn)渠基土在凍結后出現(xiàn)了水分重分布,水分遷移量主要集中在相變劇烈區(qū)。因此,渠基土壤中的水分運移必須考慮熱運移與溫度的影響。(4)將上述所得結論應用本文建立的三場耦合模型中,對石河子紅山嘴電站四級輸水渠道進行凍脹數(shù)值模擬分析,在使得各單元在節(jié)點和邊界上保持變形協(xié)調(diào)基礎上,用一般彈性理論求解,得各水深對應的節(jié)點的變形、應力解與理論計算結果很接近。
【學位授予單位】：石河子大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TV698.26
【圖文】：

（釋放）能量。下降，內(nèi)部自由水開始發(fā)生凍結，隨后弱結合與強與溫度、礦物成分以及含鹽量等有關。在發(fā)生相變水和少量弱結合水發(fā)生凍結；隨著溫度的降低，剩弱結合水發(fā)生相變的溫度區(qū)間稱為相變劇烈區(qū)；將相變區(qū)；不發(fā)生相變的區(qū)域稱為未相變區(qū)。料對流傳熱傳熱系數(shù)對流傳熱是指流體與其接觸的固體壁面的之間發(fā)生，它是渠道內(nèi)流體質(zhì)點的移動與渠道襯砌板材之間由于引起流體運動原因的不同分為自然對流和強制體之間還發(fā)生著導熱，因此影響對流傳熱這一復雜中常把各種因素轉移到對流傳熱系數(shù)當中。土凍結時，凍結速率很小時，產(chǎn)生的溫度梯度作用水分不停地涌向凍結鋒面并在該處堆積，體積膨脹分的影響。本文考慮冬季輸水渠道渠內(nèi)流體外略平

采用顯熱容法代替方程考慮凍土中潛熱釋放的代替土體的比熱容。在步長控制在較小的范圍況設定件的同時，設定土體在表。終年運行的冬季過水渠增大，土壤含水量也隨往往是溫度梯度作用下的影響，以一垂直土柱為例

土柱有限元模型劃分Fig.3-2Finiteelementmodeldivisionofsoilcolumn

【參考文獻】

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本文編號：2794230