發(fā)布時(shí)間：2017-10-09 05:43

  本文關(guān)鍵詞：考慮渠基土水熱力三場(chǎng)耦合的襯砌渠道凍脹數(shù)值模擬研究

  更多相關(guān)文章： 相變 遷移冰含量 原位凍結(jié)水 HAS固化粉煤灰

【摘要】：水是萬物之源,是人類及一切生物賴以生存的命脈。然而水資源匱乏及浪費(fèi)嚴(yán)重制約著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。我國農(nóng)業(yè)用水約4000多億立方米,其中灌溉用水3500億~3900億立方米,約占我國農(nóng)業(yè)用水的90%,但灌溉用水的利用效率只有0.4~0.5,超過一半的灌溉用水被浪費(fèi)。渠道防滲工程可以有效的減少灌溉用水在輸送過程中的滲漏損失,提高灌溉用水的利用率。但是,在北方寒冷地區(qū),渠道襯砌凍脹破壞頻繁發(fā)生,造成防滲工程失效,降低防滲效果,同時(shí)嚴(yán)重影響渠道使用壽命。針對(duì)渠道襯砌問題,本文著重從襯砌渠道的溫度、水分、應(yīng)力三方面來進(jìn)行探討。首先僅考慮相變作用的影響,其次加入水分場(chǎng),研究水熱耦合過程中的水分變化規(guī)律,最后將水熱耦合模塊加入應(yīng)力場(chǎng)中分析,研究襯砌板下渠基土凍融過程中水分場(chǎng)、溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)的變化規(guī)律以及相互作用關(guān)系對(duì)渠道襯砌板的影響,并將此模型應(yīng)用于新型襯砌材料HAS固化粉煤灰做渠道襯砌材料時(shí)的情況,與混凝土做襯砌材料時(shí)的情況進(jìn)行對(duì)比研究,分析其可行性。全文主要內(nèi)容如下:(1)相變對(duì)于凍深及溫度場(chǎng)的影響是極大的,對(duì)某一土柱分別在考慮和不考慮相變下對(duì)其溫度場(chǎng)和凍深進(jìn)行分析,并區(qū)別其不同點(diǎn);基土換填對(duì)于西北、東北、華北等氣候寒冷地區(qū),是渠道抗凍脹的有效措施,基于規(guī)范,通過對(duì)換填80cm砂礫土的渠道進(jìn)行考慮相變溫度場(chǎng)和不考慮相變溫度場(chǎng)的分析,得出在不考慮相變的情況下,當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),溫度差較大,凍深變化大,凍脹量大;在考慮相變的情況下,當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),水冰相變釋放潛熱阻止溫度的下降,凍脹變形小,凍脹量小的相關(guān)結(jié)論。(2)對(duì)上述土柱進(jìn)行水、熱耦合數(shù)值模擬后得出,土體在凍結(jié)后的水分在空間上的分布特征不同于凍結(jié)前,發(fā)生了水分重分布現(xiàn)象。通過分析不同時(shí)刻的溫度分布規(guī)律后發(fā)現(xiàn),前2h內(nèi),由于凍脹不充分,導(dǎo)致不同時(shí)刻溫度沿土柱高度的分布曲線分布規(guī)律不明顯,在3h以后,由于充分凍脹,溫度場(chǎng)變化小,曲線幾乎重合。對(duì)(3h~10h)這段時(shí)間內(nèi)的水分遷移做了幾何計(jì)算,得出遷移冰含量/原位凍結(jié)水含量=1.083,與理論值1.09(Tomas and He 1995)很接近,為準(zhǔn)確分析土體凍脹提供了科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。(3)將上述所得出的結(jié)論應(yīng)用于渠道襯砌研究中,對(duì)新型襯砌材料HAS固化粉煤灰進(jìn)行水、熱、力三場(chǎng)耦合數(shù)值模擬,數(shù)值模擬時(shí),把HAS固化粉煤灰襯砌材料看做彈塑性材料,采用ABAQUS自帶本構(gòu)模型庫中的Mohr-Coulomb本構(gòu)模型,對(duì)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行定義并且模擬分析其力學(xué)性能,同時(shí)研究水分分布對(duì)溫度、凍深及應(yīng)力的的影響,并與混凝土襯砌材料進(jìn)行對(duì)比分析。利用最大拉應(yīng)力理論和第三強(qiáng)度理論對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)的最危險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)度分析,由分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)安全可靠,同時(shí)說明HAS固化粉煤灰用作渠道襯砌材料是切實(shí)可行的。
【關(guān)鍵詞】：相變 遷移冰含量 原位凍結(jié)水 HAS固化粉煤灰
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TV672;TV698.26
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-22
• 1.1 研究背景及意義12-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-19
• 1.2.1 凍土的凍脹理論14-15
• 1.2.1.1 毛細(xì)理論14
• 1.2.1.2 抽吸力理論14
• 1.2.1.3 Miller第二凍脹理論14-15
• 1.2.1.4 分凝勢(shì)概念15
• 1.2.2 凍土本構(gòu)研究15-16
• 1.2.3 凍土的三場(chǎng)耦合理論16-17
• 1.2.4 渠道抗凍脹措施17-19
• 1.2.4.1 防滲措施17-18
• 1.2.4.2 保溫措施18
• 1.2.4.3 襯砌結(jié)構(gòu)形式18-19
• 1.2.4.4 渠基土換填19
• 1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容及預(yù)期成果19-22
• 1.3.1 主要研究?jī)?nèi)容19
• 1.3.2 預(yù)期結(jié)果19-20
• 1.3.3 技術(shù)路線20-22
• 第二章 凍土水熱力耦合關(guān)系22-28
• 2.1 凍土水、熱、力三場(chǎng)耦合關(guān)系22
• 2.2 凍土相變溫度場(chǎng)及基本方程22-23
• 2.3 凍土水分遷移及基本方程23-26
• 2.3.1 影響水分遷移的主要因素23-24
• 2.3.1.1 溫度場(chǎng)對(duì)水分遷移的影響23-24
• 2.3.1.2 水分補(bǔ)給條件的影響24
• 2.3.2 水分遷移的原動(dòng)力理論24-25
• 2.3.3 土水勢(shì)及其分類25-26
• 2.3.4 凍土水分場(chǎng)基本方程26
• 2.4 凍土應(yīng)力場(chǎng)基本方程26-28
• 2.4.1 凍土應(yīng)力場(chǎng)基本方程26
• 2.4.2 土凍結(jié)過程中的力學(xué)特性26-27
• 2.4.2.1 法向凍脹力26
• 2.4.2.2 切向凍結(jié)力26-27
• 2.4.2.3 凍脹量概念27
• 2.4.3 凍土應(yīng)力場(chǎng)影響因素27-28
• 2.4.3.1 土體溫度變化對(duì)應(yīng)力的影響27
• 2.4.3.2 水分遷移聚冰作用的影響27-28
• 第三章 凍土相變溫度場(chǎng)的分析28-39
• 3.1 土柱模型建立28-29
• 3.1.1 土柱幾何模型及初始條件設(shè)定28-29
• 3.1.2 計(jì)算模型的基本情況及參數(shù)選取29
• 3.2 計(jì)算原理方法29-30
• 3.3 結(jié)果分析30-33
• 3.4 考慮相變的渠道凍脹模擬33-35
• 3.5 計(jì)算結(jié)果分析35-37
• 3.6 結(jié)論37-39
• 第四章 考慮水分遷移的凍土柱水熱耦合模型研究39-46
• 4.1 基本假設(shè)39
• 4.2 水熱耦合的計(jì)算原理方法39-41
• 4.3 模型的建立41-42
• 4.4 結(jié)果分析42-45
• 4.4.1 溫度場(chǎng)分析42
• 4.4.2 水分場(chǎng)分析42-45
• 4.5 結(jié)論45-46
• 第五章 基于水熱力耦合的HAS固化粉煤灰渠道襯砌的凍脹數(shù)值模擬研究46-62
• 5.1 HAS固化劑性能47
• 5.1.1HAS固化劑的特點(diǎn)47
• 5.1.2 HAS固化粉煤灰作渠道襯砌新材料的優(yōu)勢(shì)47
• 5.2 力學(xué)模型的建立與假設(shè)47-48
• 5.3 本構(gòu)方程48-51
• 5.3.1 凍土本構(gòu)方程48
• 5.3.2 混凝土本構(gòu)方程48-50
• 5.3.3 HAS固化粉煤灰本構(gòu)方程50-51
• 5.4 水熱力耦合計(jì)算原理方法51
• 5.5 有限元模型的建立51-55
• 5.5.1 渠道概況51-52
• 5.5.2 有限元模型及參數(shù)選取52-54
• 5.5.3 模型在ABAQUS中的應(yīng)用及二次開發(fā)54-55
• 5.6 計(jì)算結(jié)果分析55-61
• 5.6.1 溫度場(chǎng)55-57
• 5.6.2 水分場(chǎng)57-58
• 5.6.3 變形場(chǎng)58-59
• 5.6.4 法向凍脹力59-60
• 5.6.5 切向凍結(jié)力60-61
• 5.7 結(jié)論61-62
• 第六章 結(jié)論與展望62-64
• 6.1 結(jié)論62-63
• 6.2 展望63-64
• 參考文獻(xiàn)64-68
• 致謝68-69
• 作者簡(jiǎn)介69

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：998482