渠道塑膜防渗理论与机械化铺膜的关键技术研究

【摘要】：本文通过理论分析与试验验证相结合的方法,对输水渠道塑膜铺衬防渗的基本理论和在筑渠过程中实现机械化铺膜的关键技术进行了研究和探索。 论文在系统综述国内外现有研究的基础上,分析了作为渠道防渗主体材料的塑料薄膜的力学特性。建立了塑料薄膜的胀破强度、顶穿强度、架空强度数学模型,分析了损伤对塑料薄膜强度的影响,给出了渠道出现长形裂缝和圆形孔洞条件下塑料薄膜强度的计算公式。对土保护层塑料薄膜防渗渠道的边坡稳定性进行了理论研究和探讨,建立了土保护层塑料薄膜防渗渠道在渠道水位突然下降和降雨条件下的边坡稳定的数学模型,分析了渠坡长度、渠坡角、土-膜摩擦角、保护层厚度以及土体内摩擦角对渠道边坡稳定的影响规律。建立了土保护层塑膜铺衬防渗渠道的多目标模糊优化数学模型,给出了多目标、多约束条件下土保护层塑膜铺衬防渗渠道的设计计算方法,并通过实例进行了验证,证明渠道的水力最佳断面并不是工程上的最佳实用断面。系统地建立了渠道机械化铺膜的设计理论,首次提出膜料滚主动同步放膜和毛刷随动仿形展膜技术;分析了放膜系统的动力学特性,并建立了膜料滚运动规律的数学模型;分析了放膜量波动产生的原因,设计了抗波动自适应放膜系统,对系统的抗波动能力进行了分析和量化,利用3ds Max5软件建立了梯形渠道塑膜铺衬机构与放膜量波动调节机构的实体模型,实现了工作过程计算机仿真分析。对塑料薄膜在渠床中的展开过程进行了分析,给出了梯形和U形渠道的“展膜锋线”的轨迹方程。研制了梯形、U形、台阶形渠道塑膜铺衬样机。运用均匀设计理论和UST软件对影响铺膜效果的主要因素进行了分析和试验,提出了渠道机械化铺膜效果的评价依据。试验证明铺膜机构性能满足设计要求。给出了梯形、U形和台阶形渠道的最佳铺膜参数组合,为实用机型和联合作业机组的开发提供了参考和依据。