大型弧底梯形渠道“适缝”防冻胀机理及应用研究

• 作者: 刘铨鸿 江浩源 王正中 王羿 葛建锐
• 来源期刊: 水利学报
• 学科: 工学
• 关键词: 渠道冻胀破坏 冻土水-热-力耦合 “适缝”防冻胀 应力分布均匀度 布设形式
• 年，卷（期）: 2019,（8）
• 页码范围: 947-959
• 页数: 13页
• 分类号: TV672
• 字数: 9307字
• 语种: 中文
• DOI: 10.13243/j.cnki.slxb.20190299

摘要

旱寒区渠道工程上预先在衬砌板易产生裂缝处顺其白然设置纵缝,以防止冻胀破坏.为探明这种纵缝设置的防冻胀机理及其最佳布设形式,基于冻土水-热-力三场耦合理论,考虑纵缝填充的接触本构及衬砌-冻土相互作用,建立了旱寒区常用的大型窄深式弧底梯形渠道冻胀仿真分析模型,以衬砌板上下表面沿周长正应力分布均匀度为一级指标,以其截面正应力满足强度要求为二级指标,对纵缝设置位置、宽度、个数及其组合削减渠道冻胀效果进行了研究.结果 表明:弧底衬砌板属于薄拱结构,渠坡板为梁结构,纵缝为可移动弹性铰;纵缝位置及宽度的变化不断调整拱-梁结构的刚度及弹性铰的约束刚度,以适应基土冻胀变形,使衬砌板表面应力均匀化,从而削减冻胀;但纵缝过宽会过度削弱弧底拱效应,使弧底中心和坡板上表面及坡脚下表面拉应力过大,易导致冻胀破坏;单独设缝时坡脚位置设缝防冻胀效果最好,而组合设缝削减冻胀效果更优,尤其是坡脚与坡板组合设缝.以新疆某供水渠道为例,采用坡脚与坡板1/4、3/4处组合设缝,缝宽取1 cm,可满足两级指标,削减冻胀效果最优,可为旱寒区大型渠道防冻胀合理布设纵缝(适缝)提供科学依据.