復(fù)合防滲襯砌渠道凍脹破壞力學(xué)模型及數(shù)值模擬研究.pdf

1、水資源短缺是一個全球性問題,我國是一個水資源嚴(yán)重緊缺的國家。我國人均水量遠(yuǎn)低于世界平均水平,僅為全球人均水量的四分之一,排在世界第110位。而我國是農(nóng)業(yè)大國,水資源短缺和水資源不合理地開發(fā)利用造成的浪費現(xiàn)象制約著我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展。農(nóng)業(yè)水資源浪費主要體現(xiàn)在灌溉方面,我國農(nóng)業(yè)灌溉用水達(dá)到了農(nóng)業(yè)用水量的九成以上,而渠道輸水過程中因滲漏造成的損失占農(nóng)業(yè)用水量的近一半,達(dá)到我國總用水量的三分之一。為有效減少渠道輸水損失,發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè),渠道襯砌防滲工

2、程被廣泛使用。但在我國北方寒冷凍土區(qū),普遍存在渠道凍脹破壞現(xiàn)象,近年來膜料和混凝土剛?cè)峤Y(jié)合的復(fù)合襯砌形式具有適應(yīng)變形,防滲抗凍等特點,被廣泛采用,但對復(fù)合襯砌形式防凍害缺乏具體的數(shù)學(xué)計算。本文在分析總結(jié)大量文獻(xiàn)基礎(chǔ)上,做了以下工作:
　　(1)討論了渠基土壤產(chǎn)生凍脹的機(jī)理及影響因素,分析了各種形式渠道的破壞特征,總結(jié)了渠道防滲抗凍脹的基本措施。
　　(2)針對梯形、弧底梯形和 U形三種斷面的膜與混凝土結(jié)合的復(fù)合襯砌渠道,從實

3、際工程出發(fā),根據(jù)渠道凍脹的基本規(guī)律,通過假設(shè)建立了復(fù)合防滲襯砌渠道凍脹破壞的力學(xué)模型,給出了內(nèi)力計算公式、抗裂驗算公式并進(jìn)行了厚度驗算。通過計算表明,采用土工膜與混凝土結(jié)合的復(fù)合襯砌形式與素混凝土襯砌形式相比,三種斷面渠道的有效凍脹力分別減小4.9％、2.6%、7.7%;有效切向約束力分別減小11.3%、7%、19.2%;渠道坡板拉應(yīng)力分別減小16.7%、3.9%、8%;渠道底板拉應(yīng)力分別減小6.1%、4%、7.5%,從力學(xué)角度證明了復(fù)

4、合襯砌形式有利于渠道的防滲抗凍脹。
　　(3)利用ANSYS有限元分析軟件對梯形、弧底梯形和U形三種斷面的復(fù)合襯砌渠道的凍脹進(jìn)行了數(shù)值模擬,得到了其溫度場、應(yīng)力變形場,并進(jìn)行了分析。溫度場等值線與襯砌板面平行分布,在坡板頂部位移值最大;梯形渠道在坡板與底板交界處應(yīng)力值較大,弧底梯形渠道弧形底部應(yīng)力值較大,U形渠道弧底應(yīng)力值較大;陰坡應(yīng)力值、變形值均大于陽坡。模擬結(jié)果與實際凍脹情況相符合,與力學(xué)分析相互印證,揭示了渠道凍脹破壞的機(jī)理