收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

季节性冻融渠基土壤水分运移特性及大型弧线形渠道防渗抗冻胀理论与技术研究

李学军  
【摘要】: 渠道防渗是节水灌灌的重要技术措施之一。但是,我国季节性冻土分布约占国土面积的54%,在北方地区,一年近1/4时间地表及其附近存在季节性冻融,使渠道工程在冻融作用下发生冻胀破坏。因此,研究我国北方地区季节性冻融对防渗渠道的冻胀理论与技术成为重要课题。 本文在查阅国内外大量相关文献的基础上,结合北方地区季节性冻融特点,采用室内试验与原型观测、理论分析与数值模拟相结合的技术路线,较系统地研究了季节性冻融作用下大型U形混凝土衬砌渠道渠基土壤水分运移特性和不同结构形式的大型弧形坡脚梯形防渗渠道的抗冻胀理论与关键技术,对防渗膜料的抗拉、变形、抗裂、抗渗及抗老化性能及土膜复合材料抗剪性能进行了试验研究,提出了膜料防渗渠道边坡稳定性计算方法,建立了渠道防渗经济效益模型。主要研究成果为: (1)通过一个完整季节性冻融循环作用下大型U形混凝土衬砌渠道的原型观测,获得了渠基不同部位和0-40 cm深度范围的水分运移特征,探讨了地下水深埋条件下大型U形混凝土衬砌渠道抗冻胀机理和渠基土壤水分运移机理,采用时间序列法对冻融期含水率变化进行了回归分析,用水分运动基本方程和热流运动基本方程建立了渠基冻融水热耦合运移数学模型,采用混合型Richards方程对冻结过程中渠基非饱和土壤水分运移进行了数值模拟,研究了大型U形混凝土衬砌渠道在季节性冻融作用下的冻深、地温、含水率、冻胀量、冻胀应力等参数之间的相互关系,建立了大型U形混凝土衬砌渠道冻深、冻胀量预测模型。使冻深、冻胀预测从纯经验方法向基于冻胀机理的方向发展,研究成果为大型U形混凝土衬砌渠道设计提供理论依据。 (2)通过对大型弧形坡脚梯形防渗渠道的冻胀原型观测,较系统研究了大型弧形坡脚梯形渠道防渗抗冻胀理论,揭示了板膜复合防渗渠道的抗冻胀特点。试验提出了渠道衬砌材料和嵌缝材料最佳配合比,并对其性能进行了评价。针对北方寒冷地区特点,研究了混凝土预制板(8 cm、10 cm和П形)复合塑膜、现浇混凝土肋板复合塑膜、沥青混凝土预制板,混凝土预制板复合塑膜封闭土层(全断面封闭、半断面封闭和封闭渠底)共计4类8种结构形式的弧形坡脚梯形渠道的保温、冻深、变位等特性。通过对渠道板面冻结指数规律研究,提出了由气温冻结指数预测渠道板面冻结指数的计算公式和渠道板面冻结指数修正系数;通过对渠道冻深分布规律研究,提出了由渠道板面冻结指数预测渠道冻深的计算公式和渠道冻深修正系数;通过对渠道冻胀变位规律研究,提出了由冻深和土壤水分预测渠道变位的计算公式和渠道变位修正系数。研究成果为弧形坡脚梯形渠道防渗抗冻胀设计提供了理论依据。 (3)在室内冻融和紫外线照射快速老化条件下,对防渗膜料的抗拉、变形、抗裂、抗渗及抗老化性能分别进行了试验研究;依据薄膜理论对膜料水压力作用下圆形、正方形、长方形边界时的变形、中心变位及应力应变抗裂模型进行了数学推导;利用膜料水压力鼓胀试验对变直径、变膜料圆形边界条件下的中心变位抗裂模型进行了验证。研究成果为膜料防渗或板膜复合防渗渠道设计和应用提供了理论依据。 (4)利用直剪仪和三轴仪两种设备,对粘土、壤土和砂壤土在不同干密度、饱和与非饱和试样中铺设不同膜料并变换铺膜倾角时的土膜复合材料抗剪强度进行了试验,提出了土膜三轴抗剪强度的试验方法和直剪抗剪强度的折减系数及膜料防渗渠道边坡稳定性计算时土膜抗剪强度的理论值。 (5)结合我国渠道膜料防渗土保护层的实际,研究了渠道边坡稳定性的影响因素;通过试验资料建立了渠道边坡稳定性安全系数与粘土和壤土干密度、粘聚力、内摩擦角、渠道水深、边坡系数及土保护层厚度之间的关系函数;提出了膜料防渗不同土质保护层渠道的不冲流速;研究了渠道边坡稳定控制时期、渗透水压力、最小安全系数、滑裂面位置及形式,提出了膜料防渗土保护层渠道边坡稳定性的计算方法。 (6)依据经济学原理,分别在经济静态和动态条件下对混凝土衬砌渠道防渗性能随运行时间呈等差数列衰减、等比数列衰减及不随运行时间衰减时的防渗效益进行了较深入研究,建立了混凝土衬砌渠道防渗、维修或改建的判定原则及经济模型,并利用渠道渗漏观测成果进行了渠道防渗的必要性判定和经济效益分析,避免了渠道防渗的盲目性。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 汪有文;;石羊河流域渠道砼面板破坏的原因与修复措施[J];甘肃农业;2011年09期
2 张慧莉,田堪良,娄宗科;复合土工膜料在渠道防渗工程中的应用及其改性建议[J];水土保持研究;2002年02期
3 江崇安,高华,范守伟,邵英超;对渠道渗漏量计算方法的探讨[J];节水灌溉;2005年05期
4 许庆祯;孙波;;混凝土渠道防渗冻害的成因及防治措施[J];农村实用科技信息;2009年02期
5 仇学明;;ZM系列渠道防渗减压阀的研究和应用[J];中国农村水利水电;1993年03期
6 张利国,曹昕歌,王振刚,胡尚清;渠道防渗技术及应用[J];黑龙江水专学报;2000年02期
7 赵原青,张玉环,郭士杰,李明姬;灌区中渠道防渗的经济效益浅议[J];黑龙江水利科技;2000年04期
8 黄世福;渠道防渗的节水效果与经济效益分析[J];中国水利;2000年04期
9 任之忠,张少宏;对渠道防渗工程设计有关问题的商榷[J];防渗技术;2002年04期
10 张爱军;特殊土地区渠道防渗问题的探讨[J];人民黄河;2004年11期
11 蒋俊丽;;论拉拉玛跃进渠渠道水利用系数和节水量的计算[J];科技咨询导报;2007年08期
12 刘学濴;;灌溉渠道防渗工作之我见[J];农田水利与水土保持利;1965年07期
13 ;“渠道防渗、防塌衬砌技术”通过技术鉴定[J];云南农业大学学报;1992年03期
14 海生;实用节水灌溉技术之五 渠道防渗输水技术[J];山西农机;2003年06期
15 肖洪山;吴风宽;裴志华;;渠道防渗衬砌与节水灌溉[J];海河水利;2009年02期
16 张艳铃;;浅析灌区节水灌溉[J];科技情报开发与经济;2010年20期
17 刘巧梅;张伟;郭维;;浅议位山灌区渠道防渗衬砌与节水灌溉[J];科技信息;2010年23期
18 陈玉蓉;;湖北漳河灌区提高渠道水利用率对策探讨[J];中国水运(下半月);2011年07期
19 余文照;;做好渠道防渗 提高灌溉水的利用率[J];农田水利与水土保持利;1965年02期
20 周池绪;介绍两种渠道防渗材料[J];新疆农业科学;1984年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 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
2 崔志英;;浅析渠道防渗与生态链的关系[A];灌区及水工建筑物防渗抗冻胀技术专刊[C];2009年
3 张晓峰;;渠道防渗的几个问题的探讨[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
4 张晓峰;;渠道防渗的几个问题的探讨[A];灌区及水工建筑物防渗抗冻胀技术专刊[C];2009年
5 季仁保;周福国;;渠道防渗技术新进展[A];建设节水型社会与现代节水技术论文及有关材料选编集[C];2004年
6 吴现兵;孟霄;程伍群;张西平;绳莉丽;武立辉;;唐河灌区渠道防渗真实节水评价与效益分析[A];2007年中国农业工程学会学术年会论文摘要集[C];2007年
7 周进福;姚春芝;李秀东;孙浩政;向东;;莱西市产芝水库灌区防渗节水增效综合措施探讨[A];中国水利学会2003学术年会论文集[C];2003年
8 杨学良;曹郁文;裘诏良;李国荣;;青海省农田灌溉现状及节水对策[A];青海资源环境与发展研讨会论文集[C];1995年
9 周进福;姚春芝;李秀东;孙浩政;;莱西市产芝水库灌区防渗节水增效综合措施探讨[A];山东水利学会第八届优秀学术论文汇编[C];2003年
10 贾广钰;张茂林;李慧钏;;景电一期灌区渠道防渗防冻胀技术应用情况介绍[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
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 李学军;季节性冻融渠基土壤水分运移特性及大型弧线形渠道防渗抗冻胀理论与技术研究[D];西安理工大学;2008年
2 王俊发;渠道塑膜防渗理论与机械化铺膜的关键技术研究[D];吉林大学;2006年
3 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
4 李刚军;宁夏水资源高效利用及水权分配研究[D];西安理工大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 葛树东;季节冻土区渠道防渗结构型式的研究[D];河海大学;2004年
2 涂晋;HAS固化粉煤灰作渠道衬砌材料的应用试验研究[D];武汉大学;2005年
3 孙坤君;新型防渗接缝材料性能研究[D];西北农林科技大学;2007年
4 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
5 宋春香;补偿收缩混凝土在渠道防渗工程中的应用研究[D];西北农林科技大学;2007年
6 刘晓梅;西辽河平原区灌区渠道防渗衬砌抗冻胀试验研究[D];中国农业科学院;2007年
7 谢琼;保温型渠道防渗抗冻胀材料研究[D];西北农林科技大学;2008年
8 卿艳青;塑膜防渗渠道铺膜机械关键部件的研究[D];佳木斯大学;2009年
9 肖旻;塔里木灌区防渗渠道破坏机理及综合防治措施研究[D];塔里木大学;2011年
10 徐峰;寒冷地区衬砌渠道基土换填深度研究[D];石河子大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 王巧生 李丽;渠道防渗 节水利民[N];河北科技报;2011年
2 贾金生 李新宇;渠道防渗新技术 一年至少留住两个洞庭湖[N];中国水利报;2005年
3 张立学 记者朱彤;新疆三级渠道防渗率居全国之首[N];科技日报;2002年
4 本报记者 朱志升;温宿三个塔河项目通过自治区验收[N];阿克苏日报;2009年
5 ;渠道防渗法[N];山西科技报;2005年
6 记者 庞旭民;渠道防渗率91.7%[N];塔城报;2006年
7 通讯员 刘旺海;霍城县水利换新颜[N];伊犁日报(汉);2005年
8 通讯员 姜英琴;布尔津县以工代赈项目进展顺利[N];阿勒泰日报;2007年
9 记者 周映 通讯员 黄建义 廖小凤;我区冬春水利建设完成投资39亿多元[N];广西日报;2010年
10 本报记者 张慧疆;全州防渗渠长度超过六条塔河[N];巴音郭楞日报;2007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
  • 010-62982499
  • 010-62783978