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塔里木灌区防渗渠道破坏机理及综合防治措施研究

肖旻  
【摘要】:本文以塔里木灌区的现有衬砌渠道为研究对象,并选取有代表性的典型衬砌渠道,实地监测试验期间的气温变化过程,渠道基土的地温、冻深及土壤含水量的变化情况,确定各项目在时间空间上的变化规律,分析引起渠道破坏的原因和主要影响因素,探明灌区防渗渠道冻胀破坏的基本规律和渠道基土在越冬期的地温特点及冻深发展规律。在此基础上,结合灌区特殊的气温、水分和土质条件,对梯形渠道衬砌结构及其所受荷载做了合理的简化,进而对梯形渠道砼衬砌的冻胀破坏进行了力学分析。最后,综合实地监测和力学分析的成果,并参考国内外防冻胀工程设计的成功经验和案例,提出适合本灌区推广和应用得防渗防冻胀措施。研究结果表明: (1)塔里木灌区冬季漫长,温度下降缓慢且负温持续时间长。其气温特征总体表现为昼夜温差大,夜间气温较低但变化较平稳,白天随着日出或日落的开始而迅速升高或降低。 (2)由于塔里木灌区降水量稀少且大部分渠道没有冬季行水,土壤冻前含水率一般维持在15%~25%之间,多数渠道的渠基土在冻胀过程中主要是水分迁移量对冻胀程度的强弱起决定作用,从而渠基土层同地下水位之间的距离成为其冻胀强度的主要影响因素。 (3)渠道基土的表层地温在一日内出现一个最高值和一个最低值且总体上土层的温度随着深度增加而逐渐提高,但土壤温度的日变化幅度随深度的增加而减小。 (4)依据王正中等在建立冻胀力学模型时,避开对复杂的冻土物理力学特性和水分迁移相变的讨论,通过适当假定冻胀冻结力分布,集中对渠道衬砌结构受力进行分析的思路对梯形砼衬砌渠道进行了力学分析。根据塔里木灌区特殊的气温、水分和土质条件,完善和修正了相关的假设和计算公式。如针对渠基土层同地下水位之间的距离成为其冻胀强度的主要影响因素这一实际情况,在计算渠道坡板冻结约束反力和内力弯矩时都没有忽略坡板切向冻结力产生的弯矩。从而在计算内力弯矩时渠道坡板和底板连接处弯矩为零,也证明了将渠道坡板和底板复杂的相互作用简化为铰结的处理是合理的。 (5)针对小尺寸梯形渠道尺寸较小、整体性较大尺寸渠道优良的特点,提出了一种坡板法向冻结合力作用点位置的计算方法,从而在力学分析时不必再采用该作用点位置位于坡板顶端这一并不确切的假设。并以阿克苏地区温宿县的恰格拉克东干渠为例,算得小尺寸渠道冻结合力作用点位置约在距渠道顶端1/3坡板长处,并算的该渠道最大弯矩位置(即最易断裂处)在距坡板底部约1/3坡板长处。


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