寒区冬季输水渠道冻胀破坏机制与防治--以新疆乌什水水库引水渠为例

额敏县乌什水水库引水渠位于新疆北部，地基基础属季节性冻土。冬冻夏融，呈季节性变化。冬季输水受渠道渗漏影响，沿渠道两侧形成上层滞水的季节含水层。每年冬季降温期间，渠道砼板在冻结层冻胀力和渠水表层冻结冰的冰撑力综合作用下遭受冻胀破坏，严重威胁季节性冻土区渠道输水安全。通过对水工建筑物冻害调查、研究、观测，提出如下综合防治方案：选择防渗措施，减少渠道渗漏；夯实渠道基础，置换下垫土石；采取保温措施，抵御冻胀破坏；改变设计结构，提高抗冻害能力。     

高寒地区渠道防治冻害技术措施

依据黑龙江省水利科学研究院近20年来水工建筑物抗冻技术研究的主要成果,简述了高寒地区渠道防治冻害技术的主要内容,包括:抗冻胀设计参数的确定方法、渠道衬砌工程防治冻害技术措施的要点等,可供工程设计人员参考。     

冻融过程中土体水热力耦合作用理论和模型研究进展

随着冻土地区基础设施建设加快,冻害已成为寒区工程建设中迫切需要解决的问题.造成冻害现象的主要原因是土体的冻胀和融沉,而冻融过程受控于土体温度场、水分场、应力场及其变化规律.深入开展水热力耦合作用机理的研究对解决实际工程冻害问题具有重要的指导意义.对国内外在水热力耦合作用机理、耦合作用方程方面的研究进行了综评,指出了各种研究结果之间差异、不同冻胀模式建立的依据、研究方法以及适用条件,分析了目前冻融过程中土体水热力耦合作用理论和模型研究中存在的问题,提出了今后研究发展的方向.     

寒冷地区输水渠道冻胀破坏链式分析及减灾研究

寒冷地区输水渠道在运行过程中,由于持续负温的影响,地温逐步下降,引起渠基土体水分分布发生变化导致土体冻胀,致使输水渠道结构破坏,这种作用影响所表现出来的链式效应是冻胀破坏作用的重要特征。为了探明寒冷地区输水渠道冻胀破坏机理,分析渠道的冻胀破坏因素,引入链式破坏理论进行分析。从系统理论出发,分析冻胀破坏系统的链式关系结构,建立冻胀破坏链式效应关系模型。以寒冷地区渠道衬砌结构冻胀破坏为例,分析经过一个冻融周期,渠基土体颗粒、土体成分组成、气温、地温变化规律和土壤水分迁移规律对渠道衬砌结构冻胀破坏的影响。分析渠道衬砌结构冻胀破坏链式机理,是在外部环境气温、水分等条件输入下,地温分布受土体性质及土体水分的影响,土体水分迁移受地温和土体性质的作用,土体产生冻胀是对地温和水分分布作用的响应,以此为依据提出寒区渠道冻胀破坏断链减灾方法。     

季节冻土区防水卷材防渗渠道的特种衬砌方案研究

季节冻土区的气候条件要求防渗渠道不仅具有良好的抗冲刷、防渗漏件能,而且还要求渠道能够不受渠基土的冻结膨胀影响以免发生渠道稳定破坏.文中提出一种新的既能很好地防渗又能防冻胀破坏的渠道衬砌方案,即在分析现行的防渗渠道存在的功能缺陷的基础上,以实现高防渗性能和输水安全为目标,以设置高性能柔性防水卷材整体防水层防渗漏为手段,再为防水层设置可靠的基层和保护层,来保证防水层的稳同、安全和耐久的设计理念.同时阐述了该方案的设计要点和施工要点,进行了经济评价,得出造价虽比现行防渗渠或双防渠略高,但全寿命期内的费用比其它的要低.     

寒区平原水库土坝护坡冻害防治技术

根据近年来冻土力学、冰工程学等研究成果,简述了寒区原水库土坝护坡构筑物冻害防治技术的主要内容,包括平原水库土坝护坡工程冻害破坏规律,给出了土坝护坡冻害防治措施、防冰措施、抗冻胀设计参数的确定、抗冰推护坡稳定计算等,可供工程设计人员参考。     

甘肃金塔县混凝土衬砌渠道防冻胀措施

金塔县位于河西走廊中段的北部边缘,属季节性冻土地区,多年平均气温8.0℃,1月份平均气温-13.8℃,平均冻结深度1.15m,最大冻结深度1.41m。六十年代初期,我县最初开展混凝土渠道衬砌试验,由于对基士的性质、水、冰冻、气候等因素的影响认识不足,建成的渠道未经通水,进入冬季就遭受冻胀破坏。为了研究冻胀过程规律,消除冻胀变形,1964年开始,利用当地材料在东干渠进行试验。经多年的试验和实践认识到,水、土、温度为渠道防渗衬砌冻胀破坏的三个因素,同时发现,冻胀一般多发生在渠侧坡二分之一到三分之一之间,在渠线经过耕地时冻胀强烈。现将本县混凝土衬砌渠道采用的一些抗冻措施介绍于后。     

渠道工程抗冻防渗研究

该项研究采用理论与实体工程、现场与室内试验相结合的方法,研究了土冻结时的基本规律、渠道工程冻害机制及防冻措施,较全面系统地分析总结了典型土的物理特性和地基土的冻胀特性,提出具体的抗冻防渗措施及实施方案。主要研究内容:     

混凝土渠道冻胀破坏机制与抗冻技术研究进展

在我国寒冷地区混凝土渠道破坏主要表现为冻胀破坏,如何防治混凝土渠道冻胀破坏成为一个非常现实的工程问题.随着混凝土渠道抗冻技术的发展,对这一问题的研究愈加深入.从土体冻胀机制、水分冻移机制及混凝土衬砌体冻胀破坏机制等方面较深入地分析了混凝土渠道冻胀破坏的机制,总结了我国近年来混凝土渠道冻胀力学模型和抗冻技术的前沿研究成果,并对目前研究工作中存在的不足进行了一定的评价,讨论了今后应进一步开展研究的若干问题,为我国寒区混凝土渠道的加固改造建设提供一定的参考价值.     

基于广义Winkler弹性地基梁理论的梯形渠道冻胀力学模型

寒区渠道衬砌冻胀破坏现象普遍,而渠道的防冻工程设计大多依赖工程实践经验和定性认识,具有一定的随意性和盲目性,对衬砌结构所受的冻胀力计算缺乏简明、合理的方法。考虑冻土与衬砌的相互作用和冻土地基的连续性,基于广义Winkler地基梁理论并结合有限差分法,推导了渠道衬砌板冻胀挠曲线微分方程,建立了梯形渠道冻胀力学模型,给出了衬砌渠道法向冻胀力及切向冻结力的计算方法。同时,考虑渠道衬砌冻胀破坏的极限承载力以及冻胀过程中坡脚上抬位移对实际冻胀力的削减和释放效应,避免了冻胀力及衬砌结构内力计算值过大。为验证模型的合理性,以甘肃省靖会总干渠梯形渠道为研究对象,对其进行冻胀破坏计算。结果表明：模型由于考虑了衬砌结构与冻土间的相互作用,渠道衬砌板法向冻胀力呈非线性分布,修正了工程力学模型线性分布假设;与工程力学模型相比,冻胀力数值在坡脚处增大、跨中减小、底板上增大,计算结果更符合工程实际。研究提出的冻胀力学模型科学合理,简便快捷,具有更好的通用性,可为寒区渠道的抗冻胀设计提供参考。     

浅谈小型渠道防渗衬砌施工技术

小型渠道衬砌和防渗处理是灌区节水灌溉推广中重要的工程措施,根据渠道设计流量、渠道断面尺寸选择防渗形式和质量标准,使新衬砌渠道达到提高水利用系数之目的。本文通过对桃曲坡灌区工程现状存在问题进行客观分析,科学选择渠道衬砌形式,并对施工方法和技术进行有效探索。     

冻土单轴抗压强度影响因素的试验研究

新疆地区是我国典型的咸寒区, 渠基土在冬季的冻结引起了输水渠道衬砌的破坏. 为了解冻结状态下渠基土的物理力学特性, 在常应变率条件下对新疆北疆季节性冻土区的含硫酸钠渠基土进行了多种条件下的单轴抗压强度试验. 结果表明: 单轴抗压强度随温度的降低线性增加; 单轴抗压强度随干密度的增加而增大, 二者之间具有较好的幂函数关系. 与氯化钠盐渍土不同, 硫酸盐渍土的单轴抗压强度随着硫酸钠含量的升高而增大, 并且呈现近似线性增加的特性.     

新疆孔雀河灌区渠道衬砌工程抗冻胀模式及应用浅析

冻胀是造成衬砌渠道破坏的主要因素,同时抗冻胀问题处理也是渠道工程建设中的重点和难点。探讨渠道冻胀破坏机理,通过应用和试验,分析适宜新疆孔雀河灌区渠道抗冻胀的基土置换垫层、隔热保温、优化结构等几种模型的优缺点,认为采用聚苯乙烯保温板抗冻胀措施宜全面推广。     

关于“衬砌工程冻害新思维”问题的商榷

中国农业大学低温工程试验研究室刘镜仁同志,在《渠道（沟）衬砌工程冻害治理的新思维及试验研究》一文中,提出了一些与《渠系工程抗冻胀设计规范》ＳＬ２３－９１相左的观点文章有针对性地论述了渠道衬砌中的冻害研究范畴、渠床的冻胀融沉和衬砌体的破坏、允许冻胀位移值与允许残余变形量等问题．并介绍了《渠系工程抗冻胀设计规范》编制中的一些情况     

关于“衬砌工程冻害新思维”的问题的商榷

中国农业大学低温工程试验研究基础刘镜仁同志,在《渠道（沟）衬砌工程冻害治理的新思维及试验研究》一文中,提出了一些与《渠系工程抗冻胀设计规范》ＳＬ２３－９１相左的观点,文章有针对性地论述了渠道衬砌中的冻害研究范畴,渠床的冻胀融沉和衬砌体的破坏,允许冻胀位移值与允许残余变形量等问题,并介绍了《渠系工程抗冻胀设计规范》编制中的一些情况。     

盘山灌区改造工程中SBS防渗技术的应用研究

以盘锦市盘山灌区改造工程为例,探讨渠道衬砌冻胀、分缝问题处理中SBS防渗技术的应用特点,从灌溉用水率、节水效率、减少渗漏损失量和节水量等不同方面总结了该技术的优势。结果可知:在使用寿命、工程造价、施工工艺等方面SBS伸缩缝防渗和塑料防渗膜技术相对于二毡三油、沥青砂板和土料防渗技术具有明显的优势,尤其是在渠道冻胀、分缝等方面具有更加突出的优点,采用SBS防渗材料可显著提高农田灌溉用水率和节水效率,可大大输水过程中渠系的渗漏。     

我国土冻胀研究进展

土之冻胀,是由于土温降至冰点以下,土体原孔隙中部分水结冰体积膨胀,以及更主要的是在土壤水势梯度作用下未冻区的水分向冻结前缘迁移、聚集,并冻结体积膨胀所致。在自然条件下,地基土及土工构筑物本身土质、水文及冻结条件的不均一性,造成建筑物的不均匀冻胀变形而不能正常运行、甚至破坏,或者即使在冻结时尚能运行,一俟融化便丧失承载能力而破坏。凡上述种种,通常称为冻胀破坏。简称冻害。综观寒区工程,可以断言:土之冻胀作用是季节冻土区各种工程产生冻害的主要原因,也是造成多年冻土区建筑物冻害的主要原因之一。     

我国寒区工程冻害及其防治对策

就我国寒区冻害的分布、多年冻土区工程建筑遭受冻害的类型及原因进行了简要概括,论述了冻害防治原理及其防治措施的研究进展,并对今后我国工程冻害的防治提出了建议。     

基于T-S模糊故障树的寒区水库大坝冻害风险分析

由于运营环境恶劣,寒区水库大坝会面临冰冻灾害频发且致灾因素众多等问题,严重影响大坝稳定运营,增大了安全风险隐患,并增加了整治维修成本。为有效预防大坝冻害发生,提升大坝风险管理水平,提出了一种基于T-S模糊故障树理论的寒区水库大坝冻害风险分析方法。以坝体不均匀变形、坝体渗漏加剧、面板冻害破坏为下级事件建立了T-S模糊故障树;同时通过底事件重要度计算对主要致险因素进行了分析;并将冻胀力学分析与T-S模糊故障树相结合,对红旗泡水库大坝面临的冻害风险进行了计算分析。研究发现诱发大坝冻害的主要风险因素包括反复冻融作用,库区水位波动、冰层堆积与风浪侵蚀,面板与坝体填筑质量缺陷和坝体防渗及保温措施不足等;同时,发现红旗泡水库大坝发生冻害风险的可能性较高,应进行风险排查与处理。应用结果表明,所提出的方法能科学合理地分析大坝冻害风险并确定关键致险因子,可为寒区水库大坝的冻害风险的识别、管理与决策提供技术支持,进而为大坝设计、施工、运营维护及冻害防治提供参考依据。     

挡土墙冻胀裂缝的分析

在寒冷地区,挡土墙受冻胀破坏是十分严重的。特别是渠系水工建筑物的挡土墙,它们多建于松软土基上,在凉融作用下,墙体常常发生上抬、倾斜、断裂等冻害现象。有关调查资料表明,渠系水工建筑物挡土墙的冻害破坏约占挡土墙总数的三分之一左右。因此,调查了解现有渠系水工建筑物挡土墙的冻害情况,研究分析软基上水工挡土墙冻融破坏的基本规律,总结整理现有防治挡土墙冻害的成功经验是非常必要的。