基于有限元法的剛?cè)峄旌弦r砌渠道接觸特性及穩(wěn)定性研究.pdf

1、隨著全球水資源的日趨緊張，我國(guó)的水資源也嚴(yán)重缺乏，目前發(fā)展節(jié)水、節(jié)能的農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)是我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的主要方向，但水資源在輸送的過程中損失比較嚴(yán)重，襯砌渠道是減少輸水損失的主要措施。近年來，在渠道襯砌方式中，剛?cè)峄旌弦r砌渠道發(fā)展迅速，使用較為廣泛。然而，剛?cè)峄旌弦r砌渠道也存在一些問題，主要是其接觸特性在很大程度上決定了結(jié)構(gòu)的變形、運(yùn)動(dòng)狀況和應(yīng)力分布及渠道的穩(wěn)定性，襯砌渠道會(huì)產(chǎn)生滑塌及渠道邊坡失穩(wěn)等現(xiàn)象，甚至完全會(huì)失去防滲的作用，影響水利工程

2、效益的發(fā)揮和制約渠道防滲工程的發(fā)展。本文結(jié)合剛性混凝土襯砌板-柔性復(fù)合土工膜混合襯砌渠道的特點(diǎn)，采用工程試驗(yàn)研究、理論分析與數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法，研究了大斷面剛?cè)峄旌弦r砌渠道接觸特性與穩(wěn)定性問題，分析復(fù)合土工膜與剛性混凝土襯砌板結(jié)構(gòu)接觸面和復(fù)合土工膜與渠基土壤結(jié)構(gòu)接觸面的應(yīng)力和位移變形規(guī)律，得出剛?cè)峄旌弦r砌渠道墊層保護(hù)層的穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算公式，該安全系數(shù)計(jì)算公式的計(jì)算結(jié)果與工程的實(shí)際情況符合度較好，可為大型渠道的設(shè)計(jì)、施工提供參考。

3、具體內(nèi)容如下：
　　（1）剛?cè)峄旌弦r砌渠道接觸摩擦特性試驗(yàn)研究
　　針對(duì)復(fù)合土工膜與渠道接觸結(jié)構(gòu)面之間的摩擦特性，采用TZY-1型土工合成材料綜合測(cè)定儀測(cè)定了它們（復(fù)合土工膜與混凝土襯砌板、復(fù)合土工膜與渠基土壤保護(hù)層(粗砂、細(xì)沙))之間的摩擦角和粘聚力，為剛?cè)峄旌弦r砌渠道的接觸特性數(shù)值模擬和渠道的邊坡穩(wěn)定分析提供必要的材料參數(shù)。根據(jù)測(cè)得的結(jié)果，在工程的實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)采用摩擦角和粘聚力進(jìn)行計(jì)算時(shí)，根據(jù)粗砂含水率的不同，摩擦角可

4、以在26.33o-32.40o之間取值，粘聚力可以在6.57kPa-7.85kPa之間取值。
　?。?）基于有限元法的剛?cè)峄旌弦r砌渠道接觸特性數(shù)值模擬
　　基于有限元方法，基于ABAQUS軟件，采用庫(kù)侖摩擦(Coulomb Friction)模型來模擬復(fù)合土工膜與剛性混凝土襯砌板結(jié)構(gòu)接觸面和復(fù)合土工膜與渠基土壤結(jié)構(gòu)接觸面的接觸特性，得到了其應(yīng)力和位移變形場(chǎng)，并對(duì)其應(yīng)力和位移變形規(guī)律進(jìn)行了分析。根據(jù)模擬分析結(jié)果：正常輸水情況下

5、，位移變形圖成對(duì)稱分布，應(yīng)力變形圖也成對(duì)稱分布，在渠道坡板與底板交界處較大，說明在交界接縫處產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象；兩側(cè)坡板渠頂附近應(yīng)力值也偏大，主應(yīng)力值隨渠道斷面高程增加而減小，自重效應(yīng)明顯。渠水驟降情況下，位移變形圖成對(duì)稱分布，應(yīng)力變形圖也成對(duì)稱分布，其中最大位移發(fā)生在渠底板以及渠坡與渠底板的交界處，在交界接縫處產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，這些與實(shí)際觀測(cè)的結(jié)果相符合。
　?。?）大斷面剛?cè)峄旌弦r砌渠道邊坡穩(wěn)定性分析
　　以典型的工程為例