冰盖输水衬砌渠道冰冻破坏统一力学模型

• 作者: 刘铨鸿 江浩源 牛永红 王正中 王羿 肖旻 葛建锐
• 来源期刊: 农业工程学报
• 学科: 农学
• 关键词: 渠道 冰冻 模型 冬季输水 衬砌渠道 冰盖
• 年，卷（期）: 2020,（1）
• 所属期刊栏目: 农业水土工程
• 页码范围: 90-98
• 页数: 9页
• 分类号: S277|TV67
• 字数: 8815字
• 语种: 中文
• DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.01.011

摘要

随着城市供水与生态需水要求的提高,寒冷地区输水渠道冬季运行成为常态,目前冬季运行渠道抗冰冻破坏尚无评价准则与结构设计方法.针对此,基于冬季不输水渠道衬砌结构冻胀破坏的弹性地基梁模型,考虑冰推力、冰约束及渠基土冻胀力对结构的共同作用,在结构破坏的极限平衡状态下,推导得到冬季输水渠道冰盖运行工况下衬砌结构内力计算、应力计算及抗裂准则的解析表达式.通过静冰荷载影响系数、静水压力影响系数和冰冻荷载耦合系数的变化,可统一冬季有无冰盖输水及停水3种典型工况下衬砌结构内力、应力分布计算,进一步提出寒区衬砌渠道冰-冻破坏统一力学模型.以新疆某梯形渠道为研究原型,通过对衬砌坡板内力、应力及冰拔力计算分析,得到冰-冻破坏截面位置和各截面受力的分布规律.对无冰盖输水、带冰盖输水和无冰盖不输水3种典型梯形渠道力学模型进行内力计算对比分析表明,截面最大拉应力极大值分别为4.186、2.447和2.208 MPa,冬季无冰盖输水渠道冰冻破坏最严重(控制工况),无冰盖不输水冰冻破坏最轻,而冰盖运行介于两者中间,三者冰冻破坏规律差异较大.因此,在冬季输水衬砌渠道抗冰-冻设计中建议综合考虑3种典型工况,并按其破坏规律和力学模型进行安全性评价.