收藏本站
《西北农林科技大学》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

渠道衬砌冻胀破坏力学模型及防冻胀结构研究

李甲林  
【摘要】:渠道冻害防治是灌区水利工程建设中急需解决的重要技术问题,对于地下水位较高的地区,渠道冻胀破坏尤为严重。本文依据冻土物理学、冻土力学、三场耦合理论、有限元理论、渗流理论、弹性力学、结构力学、材料力学等有关学科的基础理论对渠道基土冻胀和衬砌结构进行分析,提出了冻土的弹性本构模型和渠道砼衬砌冻胀破坏力学模型,进行冻胀过程三场耦合数值模拟,提出防冻胀新型结构,从而有效防治渠道冻害。论文进行的主要工作,取得的主要结论以及创新性成果包括: (1)从渠道冻胀研究概况、渠道抗冻胀技术措施、国内外渠道冻胀研究进展等三个方面比较系统地总结了国内外渠道冻胀研究现状。 (2)分析阐述毛细理论、第二冻胀理论、分凝冻结等冻胀机制理论,分别对土基质、水分条件、温度条件、附加荷载、土密度及渠道走向等渠道冻胀主要影响因素进行分析,并就不同结构形式如梯形、弧底梯形、U形、弧形坡角梯形混凝土衬砌渠道破坏特征进一步分析。 (3)通过适当假设和简化处理,系统地提出梯形、准梯形、弧底梯形、U型砼衬砌渠道冻胀破坏力学模型,给出求解渠道衬砌板内力以及渠道抗冻胀破坏验算等一系列计算方法,对渠道衬砌抗冻胀结构进行定量化计算。在此基础上结合最佳水力条件进一步分析U型渠道的最佳断面。 (4)鉴于各向同性线弹性本构模型分析冻土与建筑物相互作用的不足,视冻土本构关系为横观各向同性,进行理论分析及验证。而后将冻土视为由冰晶体与较干硬密实土体完整充填完全粘结组成的横观各向同性固体介质,根据变形协调条件,以单层复合材料典型微单元体为研究对象,对冻土弹性参数进行研究预测。基于统一强度理论和复合材料力学理论,探讨冻土强度准则并对其进行预测。 (5)在前人研究的基础上,分析研究三场耦合模型,主要包括:合理确定基本假设,完善反映土体骨架、土壤水分等各种热力学参数之间关系的状态方程,建立本构方程,完善三场耦合控制方程组,分析确定定解条件,在空间上采用有限元法、在时间上采用有限差分法,以开放系统和封闭系统中自由冻胀的土体为例,分析土体在冻结过程中其温度场和含水量随深度的变化状况以及冻胀量和冻胀系数随温度的变化状况,从而为渠道冻胀预报和进行衬砌结构定量分析提供了依据。 (6)根据有限元理论,以甘肃靖会总干梯形与弧底梯形渠道及宝鸡峡灌区塬下北干渠为例建立模型,对渠道冻胀温度场、位移场和应力场进行数值模拟,计算结果与实测值进行对比,分析验证力学模型和简化三场耦合模型的准确性。在此基础上,验证了设置不同纵缝、沥青混凝土及聚合物柔性增强涂层衬砌渠道抗冻胀效果。 (7)基于高地下水位渠道的工作特点和破坏机理,研究渠道衬砌结构形式,提出高地下水位滤透式刚柔耦合衬砌结构及完整的技术方案。通过试验分析、力学计算、渗流稳定计算以及三场耦合分析验证了滤透式刚柔耦合衬砌结构的防冻胀效果,并成功地运用在甘肃白银市东坪电灌站,解决高地下水位区渠道工程建设与管理重大工程技术难题。采用滤透式刚柔耦合衬砌结构,实现同一渠道兼具输水、排水、控制地下水位、生态保护等多种功能。 (8)采用正交试验设计理论,以极差分析、趋势分析、方差分析等方式,分别对渠道断面形式、混凝土衬砌板厚度、分缝位置、渠基土冻胀系数和混凝土衬砌板弹性模量等渠道冻胀影响因素进行敏感性研究,并给出了各种因素的敏感性大小排序。
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TV698.2;TV91

手机知网App
【引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 夏麒麟;;农田水利中的砖衬砌矩型防渗渠工程技术分析[J];低碳世界;2014年11期
2 王志军;;硅藻土改性沥青路面抗车辙性能研究[J];科技资讯;2011年33期
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 陈立杰;基于复合材料力学理论的冻土本构模型探索[D];西北农林科技大学;2010年
2 张传;季冻区路基填料冻胀与防治的试验研究[D];辽宁工程技术大学;2012年
3 李金玲;季冻区渠道边坡冻胀防治试验研究[D];东北农业大学;2013年
4 安元;太阳辐射对旱寒区衬砌渠道冻胀影响研究[D];西北农林科技大学;2013年
5 孙杲辰;砼衬砌渠道冻胀破坏断裂力学模型及数值模拟研究[D];西北农林科技大学;2013年
6 何菲;正冻粉质粘土水分迁移规律与不同介质间冰膜形成机理的试验研究[D];兰州交通大学;2013年
7 刘雷;混凝土衬砌渠道冻胀破坏有限元分析及抗冻胀保温材料应用研究[D];长安大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 彭功生,许强;饱水冻土水热力耦合分析[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2005年02期
2 刘鸿绪;法向冻胀力计算——层状空间半无限直线变形体计算在冻土地基中的应用[J];冰川冻土;1981年02期
3 马巍,吴紫汪,张长庆;冻土的强度与屈服准则[J];冰川冻土;1993年01期
4 张长庆,彭万巍,于志秋;应变片用于冻土变形测试初探[J];冰川冻土;1995年S1期
5 沈忠言,吴紫汪;冻土三轴强度破坏准则的基本形式及其与未冻水含量的相关性[J];冰川冻土;1999年01期
6 马巍,吴紫汪,张立新,常小晓;高围压下冻土强度弱化的机理分析[J];冰川冻土;1999年01期
7 李萍,徐学祖,陈峰峰;冻结缘和冻胀模型的研究现状与进展[J];冰川冻土;2000年01期
8 刘雄;宁建国;马巍;;冻土地区水渠的温度场和应力场数值分析[J];冰川冻土;2005年06期
9 马巍,吴紫汪,盛煜;冻土的蠕变及蠕变强度[J];冰川冻土;1994年02期
10 王正贵,马巍,盛煜,吴柴汪;冻土蠕变的渐进屈服准则[J];冰川冻土;1996年02期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 沈洪雷,董祥忠;工艺参数对气体辅助注射成型结果的影响[J];工程塑料应用;2003年02期
2 柯国军,胡绍全,郭长青,陈振富,石建军,孙德纶,陈俊杰;羧基丁苯胶水泥混凝土阻尼值的探索性研究[J];四川建筑科学研究;2003年04期
3 李博;蔡良才;张罗利;;机场工程冻土土基处理分析[J];四川建筑科学研究;2010年06期
4 朱洪威;;冷再生混合料疲劳性能的室内试验研究[J];四川建筑科学研究;2012年02期
5 胡清华;崔可锐;赵川;马文生;;淮南刘庄煤矿人工冻融土的冻胀与融沉研究[J];安徽地质;2009年01期
6 马茂艳;程桦;;深厚冲积层冻结压力研究进展及展望[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2007年05期
7 张喆;陆学元;;沥青感温性技术指标的分析与评价[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2010年04期
8 王宗木,曹定秀;带洞口连续墙梁的非线性分析[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);1994年01期
9 欧拉;肖晶晶;;SMA沥青混合料组成设计研究[J];安徽建筑;2009年01期
10 许二邺;;浅谈垂直铺塑在颍上船闸堤防堤基防渗施工中的质量控制[J];安徽建筑;2009年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 袁惠萍;彭昌盛;王震宇;;中国北方新兴村镇生活污水预处理工艺选择——以青岛北龙口村污水处理工艺选择为例[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第一卷)[C];2011年
2 杭天明;魏鹏;李海波;;嵌挤密实型沥青混合料组成设计与路用性能[A];科技创新 绿色交通——第十一次全国城市道路交通学术会议论文集[C];2011年
3 王海燕;娄中波;张彩利;;地下道路阻燃沥青混合料路用性能研究[A];科技创新 绿色交通——第十一次全国城市道路交通学术会议论文集[C];2011年
4 王振铎;娄军海;曲忠义;;土工格室混凝土渠道衬砌防冻胀结构及施工技术[A];灌区及水工建筑物防渗抗冻胀技术专刊[C];2009年
5 刘得俊;孙广春;李润杰;王青水;;W-OH渠道防渗抗冻新材料的开发和施工工艺[A];第二届全国灌区及水工建筑物防渗抗冻胀技术与生态建设专刊[C];2010年
6 何武全;邢义川;蔡明科;刘三虎;;渠道防渗抗冻新材料与新技术[A];第二届全国灌区及水工建筑物防渗抗冻胀技术与生态建设专刊[C];2010年
7 童伟;;U形节水渠道裂缝的危害及防治措施[A];2011全国灌区信息化建设与防渗抗冻胀新技术应用专刊[C];2011年
8 何武全;刘群昌;;我国渠道衬砌与防渗技术发展现状与趋势[A];2011全国灌区信息化建设与防渗抗冻胀新技术应用专刊[C];2011年
9 梁波;陈兴冲;;青藏铁路的重要意义、技术难点及力学问题[A];工程力学学术研讨会论文集[C];2004年
10 赵淑萍;马巍;郑剑峰;常小晓;;冻结粉土的动蠕变强度[A];第七届全国MTS材料试验学术会议论文集(一)[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 姜国强;弓网滑动电接触摩擦磨损行为研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
2 刘浜葭;冻融和渗流耦合作用下风积土路基结构性演变规律的研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
3 兰常玉;冻融循环与列车动载耦合作用下高速铁路地基沉降规律研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
4 王齐;中水灌溉对城市绿地生态系统的影响及安全性评价[D];甘肃农业大学;2010年
5 孙杨勇;粗集料表面微观构造分形性质探讨与沥青路面抗滑性能关系研究[D];华南理工大学;2010年
6 马立峰;动荷载条件下多年冻土区斜坡路基稳定性研究[D];北京交通大学;2011年
7 付玉;纳米蒙脱土改性沥青及沥青混合料老化特性研究[D];武汉理工大学;2010年
8 周明涛;植被混凝土冻融效应试验研究[D];武汉大学;2010年
9 许兰民;青藏铁路五道梁冻土区工程结构热扰动研究[D];北京交通大学;2011年
10 施烨辉;列车荷载和冻融循环作用下冻土路基稳定性研究[D];北京交通大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 柯传勇;不同水分处理对水稻生长、产量及品质的影响[D];华中农业大学;2010年
2 张亚坤;偏置荷载下FRP筋砼双向板冲切性能研究[D];郑州大学;2010年
3 杨兵;基于改进介电常数模型的沥青路面面层压实度反演[D];郑州大学;2010年
4 王春霞;泰安水资源可持续利用研究[D];山东农业大学;2010年
5 赵振霞;基于神经网络的节水灌溉适宜技术优选模型研究及系统开发[D];山东农业大学;2010年
6 武文红;基于BP神经网络的半湿润平原井灌区土壤墒情预报研究[D];山东农业大学;2010年
7 李云刚;自由搜索算法的改进及其在图像分割中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 王学虎;微流控芯片注射压缩成型及其可视化的研究[D];大连理工大学;2010年
9 赵汝彬;受电弓滑板滑动电接触磨损特性的实验研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
10 张建俊;冻融循环作用下季冻区高铁路基沉降预测的试验研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张建荣;刘照球;刘文燕;;混凝土表面自然对流换热系数的实验研究[J];四川建筑科学研究;2007年05期
2 彭功生,许强;饱水冻土水热力耦合分析[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2005年02期
3 王丽霞;汤举红;;园艺设施内微灌系统的设计·安装及使用[J];安徽农业科学;2006年10期
4 张毅;曹俊煊;常永生;;石佛寺灌区渠道防渗衬砌施工技术[J];现代农业科技;2010年01期
5 陈肖柏,童伯良,丁靖康,周长庆;中国冻土研究与工程实践三十年[J];冰川冻土;1979年02期
6 刘鸿绪;法向冻胀力计算——层状空间半无限直线变形体计算在冻土地基中的应用[J];冰川冻土;1981年02期
7 徐斅祖;国外对冻土中水分迁移课题的研究[J];冰川冻土;1982年03期
8 沈言琍,王雅卿;土壤水分运动基本参数测定[J];冰川冻土;1984年04期
9 徐敩祖,J.L.奥利奋特,A.R.泰斯;土水势、未冻水含量和温度[J];冰川冻土;1985年01期
10 安维东,陈肖柏,吴紫汪;渠道冻结时热质迁移的数值模拟[J];冰川冻土;1987年01期
中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 周春生;寒旱区GCL防渗性能研究及相关机理分析[D];内蒙古农业大学;2011年
2 李向群;吉林省公路冻害原因分析及处理方法研究[D];吉林大学;2006年
3 原国红;季节冻土水分迁移的机理及数值模拟[D];吉林大学;2006年
4 谷宪明;季冻区道路冻胀翻浆机理及防治研究[D];吉林大学;2007年
5 赵安平;季冻区路基土冻胀的微观机理研究[D];吉林大学;2008年
6 李杨;季节冻土水分迁移模型研究[D];吉林大学;2008年
7 周扬;冻土冻胀理论模型及冻胀控制研究[D];中国矿业大学;2009年
8 陈凤晨;基于光纤光栅技术的沥青路面车辙预估方法研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
9 赵刚;寒区高等级公路路堑边坡春季浅层滑塌机理研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 马元顺;季节冻土区高填土路堤温度场与边坡稳定性分析[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 李兆宇;季节冻土区粉质粘土冻胀性试验研究[D];黑龙江大学;2011年
3 贾青;季节冻土区水工建筑物平板式基础法向冻胀力的试验研究[D];大连理工大学;2001年
4 柯洁铭;人工冻土冻胀数值模拟分析[D];南京林业大学;2004年
5 陈涛;砼衬砌渠道冻胀破坏力学模型及应用[D];西北农林科技大学;2004年
6 汪海年;青藏高原多年冻土地区路基温度场研究[D];长安大学;2004年
7 周春华;软岩体冻融过程中水热迁移规律及数值模拟分析[D];西安科技大学;2005年
8 张尧禹;青藏铁路多年冻土区片石路基稳定性监测试验与温度场模拟研究[D];吉林大学;2005年
9 宋珲;季节性冻土地区路基稳定性的数值分析[D];西南交通大学;2006年
10 于琳琳;不同人工冻结条件下土的冻胀试验研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 郝轶;;寒冷地区公路工程中改性沥青材料的应用研究[J];公路交通科技(应用技术版);2013年03期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 朱林楠;高原冻土区不同下垫面的附面层研究[J];冰川冻土;1988年01期
2 吴紫汪,蒲毅彬,马巍,常小晓;冻土蠕变过程体积变化的CT分析[J];冰川冻土;1995年S1期
3 蒲毅彬,吴紫汪,马巍,常小晓,廖全荣;冻土CT实验的数学方程[J];冰川冻土;1995年S1期
4 张长庆,彭万巍,于志秋;应变片用于冻土变形测试初探[J];冰川冻土;1995年S1期
5 李萍,徐学祖,蒲毅彬,王家澄,陶兆祥,王玉杰;利用图像数字化技术分析冻结缘特征[J];冰川冻土;1999年02期
6 何平,程国栋,俞祁浩,朱元林,徐学祖;饱和正冻土中的水、热、力场耦合模型[J];冰川冻土;2000年02期
7 刘永智,吴青柏,张建明,盛煜;青藏高原多年冻土地区公路路基变形[J];冰川冻土;2002年01期
8 余书超,宋玲,欧阳辉,马庆安,邢海峰;渠道刚性衬砌层(板)冻胀受力试验与防冻胀破坏研究[J];冰川冻土;2002年05期
9 李洪升,杜小振;冰体材料损伤与断裂破坏的本构理论[J];冰川冻土;2003年S2期
10 邓友生,何平,周成林;含盐土导热系数的试验研究[J];冰川冻土;2004年03期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 余书超;宋玲;易红星;孙咏梅;欧阳辉;;寒区刚性护面渠道横断面的结构设计研究[A];中国水利学会一九九九年优秀论文集[C];1999年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 张全胜;冻融条件下岩石细观损伤力学特性研究初探[D];西安科技大学;2003年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨耀平;唐爱云;;高海拔地区土冻胀对建筑物的危害及其防治措施[J];中国高新技术企业;2009年08期
2 王书元;;土的冻胀及冷库地坪防冻[J];冷藏技术;1981年04期
3 李洪升,张小鹏,李光伟;合理考虑冻胀力的结构物设计原则[J];土木工程学报;1993年05期
4 娄桂兰,王成忠,李长余,王开成,姚凤菊;渠系建筑物抗冻胀设计中的几个问题[J];黑龙江水利科技;1997年04期
5 李爱国;袁宝远;陈艳容;陈艳国;;排桩冻结法深基坑冻胀力的动态预测研究[J];西部探矿工程;2006年02期
6 董妮娅;董国安;;道路冻胀的破坏与防治[J];黑龙江交通科技;2008年03期
7 邓刚;王建宇;郑金龙;;寒区隧道冻胀压力的约束冻胀模型[J];中国公路学报;2010年01期
8 仇文革;孙兵;;冻土三轴冻胀应力-应变试验方法研究[J];冰川冻土;2010年01期
9 仇文革;孙兵;;寒区破碎岩体隧道冻胀力室内对比试验研究[J];冰川冻土;2010年03期
10 刘鸿绪;;季节冻土地基冻胀力的计算[J];低温建筑技术;1983年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 白国权;仇文革;张俊儒;;冻土隧道冻胀力等级划分标准研究[A];第六届海峡两岸隧道与地下工程学术及技术研讨会论文集[C];2007年
2 王振国;李志刚;;土的冻胀对建筑物的危害与防治[A];土木建筑学术文库(第7卷)[C];2007年
3 周金生;周国庆;商翔宇;王建州;周扬;;不同冻结模式下人工冻土冻胀规律的试验研究[A];矿山建设工程新进展——2005全国矿山建设学术会议文集(上册)[C];2005年
4 黄兴根;薛利兵;孟令新;;郓城煤矿副井冻胀力监测及其在冻结施工中的应用[A];第四届全国煤炭工业生产一线青年技术创新文集[C];2009年
5 张列;孙克国;;寒区富水隧道冻胀机理及防治措施[A];第十二届海峡两岸隧道与地下工程学术与技术研讨会论文集[C];2013年
6 张伯平;牟过斌;刘海军;;渠道衬砌抗冻胀问题研究[A];东北岩石力学与工程分会学术讨论会论文集[C];2005年
7 周坤;仇文革;;冻土隧道的冻胀力研究[A];中国交通土建工程学术论文集(2006)[C];2006年
8 崔灏;;三圈管冻结壁冻胀力的模型试验研究[A];矿山建设工程新进展——2006全国矿山建设学术会议文集(上册)[C];2006年
9 白国权;仇文革;;冻土隧道冻胀力矢量分析研究[A];中国土木工程学会第十五届年会暨隧道及地下工程分会第十七届年会论文集[C];2012年
10 杨更社;张全胜;;隧道围岩冻胀力的解析计算分析[A];岩石力学新进展与西部开发中的岩土工程问题——中国岩石力学与工程学会第七次学术大会论文集[C];2002年
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 李甲林;渠道衬砌冻胀破坏力学模型及防冻胀结构研究[D];西北农林科技大学;2009年
2 赵安平;季冻区路基土冻胀的微观机理研究[D];吉林大学;2008年
3 李岩;竖向直排冻结斜井模拟试验及冻土稳定性研究[D];中国矿业大学(北京);2012年
4 周扬;冻土冻胀理论模型及冻胀控制研究[D];中国矿业大学;2009年
5 邓刚;高海拔寒区隧道防冻害设计问题[D];西南交通大学;2012年
6 翟莲;季冻区湖岸构筑物冻害机理及防治方法的研究[D];吉林大学;2011年
7 胡坤;冻土水热耦合分离冰冻胀模型的发展[D];中国矿业大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郭利霞;渠道冻胀力学模型及有限元分析[D];西北农林科技大学;2007年
2 匡亮;室内单轴冻胀本构试验及冻土隧道冻胀力模型试验研究[D];西南交通大学;2006年
3 张海银;人工冻结黏土冻胀特性试验研究[D];安徽理工大学;2013年
4 白国权;高海拔严寒地区隧道温度场分布规律及衬砌冻胀力数值模拟研究[D];西南交通大学;2006年
5 王冬;兰州粉质粘土冻胀融沉特性研究[D];兰州理工大学;2014年
6 谭丽华;水泥改良土冻胀融沉特性研究[D];同济大学;2008年
7 常发强;钢筋混凝土结构在地基土冻胀中的结构受力分析和防治研究[D];太原理工大学;2009年
8 仲静;粉质粘土不同降温模式冻胀试验研究[D];黑龙江大学;2014年
9 柯洁铭;人工冻土冻胀数值模拟分析[D];南京林业大学;2004年
10 李超;弧底梯形混凝土衬砌渠道冻胀力学模型及数值模拟[D];石河子大学;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026