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。     

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     

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。     

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.     

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。     

浅析苯板在渠道护坡防冻胀中的应用

苯板是一种优良隔热保温材料,它具有吸水性小、不透水、耐腐蚀、抗老化和施工方便等优点,近年来苯板开始运用于渠道抗冻胀、土坝坝坡抗冻胀等水利工程,为水利工程的抗冻胀材料应用增加了新的选择方案。主要就苯板在渠道护坡抗冻胀设计和应用方面的经验进行了探讨。     

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。     

新疆渠道衬砌工程抗冻胀模式的选择及实施探讨

由于地理环境的影响,导致新疆地区渠道衬砌工程一直遭受到冻胀的危害。实际施工过程中,一方面需要投入大量的资金用于渠道衬砌工程的维护上,另一方面又因为冻胀的干扰需要不断进行维护。这种局面之下导致新疆的水利工程效益大大下降,已经严重影响了新疆灌区的发展。因此,解决冻胀问题就成为了当下的重点内容。以新疆地区为例在,分析了影响新疆渠道衬砌工程冻成的因素与冻胀的具体破坏机理,结合新疆的实际情况选择最合适的抗冻胀模式,总结其具体应用效果,旨在为新疆的渠道衬砌工程建设提供更加具有意义的理论参考。     

渠道抗冻胀垫层设计方法研究与数值模拟

基土换填是常用的抗冻胀措施。目前非冻胀性土缺乏科学标准的定义,换填厚度基本按照经验公式和工程类比确定,不尽科学合理。在对垫层抗冻胀机制的分析基础之上,根据层状土毛管水土水势理论给出了垫层材料的选择依据,结合热阻等效原理在考虑了衬砌结构允许位移的基础上给出了渠道垫层厚度的计算公式,并根据传统算法与该方法对山东打渔张北干渠弧形坡脚梯形渠道进行抗冻胀垫层设计;同时采用ANSYS有限元软件对渠道铺设垫层前后进行热力耦合数值模拟。研究表明,垫层通过改善水分场、温度场削弱了冻胀发生的因素;该垫层算法比传统算法合理、工程造价较低。数值分析表明,渠道冻胀量、冻胀力明显被削减,其中对阴坡的削减可达90%以上。     

不同地下水埋深和不同土壤条件下的冻结和冻胀试验研究

不同土壤的冻胀特性,在国内外已有较多的研究报告。然而,对相同的气候条件下,不同地下水埋深和不同土壤条件的野外冻结和冻胀的试验研究,还是不够的。随着在季节冻土带有地下水补给地区的工程的进展,板式构筑物的冻胀破坏显得十分严重。譬如,输水渠道的混凝土衬砌,往往事倍功半,冻胀破坏后的维修,不仅浪费了大量的人力物力,还往往影响渠道的正常输水;公路混凝土或沥青铺面、农村社队的混凝土板式场、厂建筑等,也多见冻胀破坏的现象存在。因此,研究不同地下水埋深和不同土壤条件下的冻结和冻胀问题,具有重要的现实意义。     

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。     

新疆渠道衬砌工程抗冻胀的思考

在我国的高寒地区,冻胀因素不利于衬砌渠道,在渠道工程建设过程中,解决抗冻胀问题也是当前急需解决的一大难题。本文重点研究了在我国新疆高寒地区,如何解决抗冻胀问题过程中的基土置换垫层、隔热保温、透水衬砌、优化结构等几个方面,希望能对我国西部高寒地区的灌区加固改造工作有所帮助。     

新疆渠道衬砌工程抗冻胀的探讨

在我国的高寒地区,冻胀因素不利于衬砌渠道,在渠道工程建设过程中,解决抗冻胀问题也是当前急需解决的一大难题。重点研究了在我国新疆高寒地区,如何解决抗冻胀问题过程中的基土置换垫层、隔热保温、透水衬砌、优化结构等几个方面,希望能对我国西部高寒地区的灌区加固改造工作有所帮助。     

永昌县西河灌区渠道防渗抗冻胀探讨

西河灌区属西北内陆严寒地区,渠道的主要问题是渗漏及冻胀。多年来,通过不断的探索实践,总结渠道防渗及抗冻方面的措施和方法。该方法结合大型灌区续建配套项目节水改造的工程实践经验,在渠道防渗及抗冻胀方面,能对其他灌区开展渠道改造有所借鉴。     

明渠衬砌冻胀破坏成因分析及防冻胀措施研究

山东省胶东调水工程所在区域位于暖温带季风气候区,有明显的海洋性气候特征,在冬季引水时,受到低温、冰凌影响对明渠衬砌工程产生冻胀破坏,严重影响引水安全。从渠道的冻胀原因入手,寻求合理的防冻胀措施。     

冻融循环作用下土工袋冻胀量和融沉量试验

为研究季节性冻土地区冻融循环作用下土工袋防冻融、冻胀效果,对不同冻融循环作用下土工袋和土进行了室内模型试验,在开放系统和封闭系统中分别研究了土工袋和土冻胀量、融沉量之间关系,试验结果表明,经历4次冻融循环作用后,封闭系统中土工袋冻胀量、融沉量分别小于土的冻胀量、融沉量;开放系统中土的冻胀量为土工袋冻胀量的1.9倍,土的融沉量为土工袋融沉量的2.2倍,开放系统中地下水对土工袋的补给量远小于土的补给量,试验验证了土工袋可以有效防止渠道及建筑物基础冻融、冻胀破坏,可为渠道防冻胀提供理论基础。     

格宾在季节冻土区高地下水位渠道护坡工程中的冻胀适应性研究

季节冻土区因基土冻融破坏而造成的渠道护坡工程的位移、破坏屡见不鲜,大型高地下水位渠道渠基土含水率高、冻胀性强、冰推力大,对护砌结构综合指标要求更高。室内模型试验与示范工程表明,格宾网垫护坡结构可有效地降低渠道边坡土体的冻前含水率,具有较强的基土冻胀、融沉适应性,而且又有较强的生态效果。将为进一步完善格宾结构的抗冻理论与工程实践提供参考。     

渠道刚性衬砌层(板)冻胀受力试验与防冻胀破坏研究

对渠道受冻胀时其刚性衬砌层(板)受冻胀力的情况进行了室内模型测试试验, 结果表明: 其边坡衬砌层(板)所受的冻胀力是平行于该衬砌层(板)的切向冻胀力, 该力大小及正负与渠床土含水量沿渠道横断面高度的分布直接相关. 另外, 渠道边坡衬砌层(板)和其下冻土层之间冻结约束的存在与否是边坡衬砌层(板)会不会受冻胀力的必要条件, 若此约束存在, 则可能受冻胀力, 若此约束不存在(被解除), 则其不可能受冻胀力. 从对试验结果的分析中, 还找到了造成渠道刚性衬砌层(板)冻胀破坏的最终原因, 并据此提出了一些针对性很强的防治渠道冻胀破坏的方法.     

硫酸盐渍土盐冻胀机理研究现状与进展

盐渍土地区发生的土体盐冻胀破坏严重危害到渠道、公路、铁路、机场跑道、桥梁等工程建筑的稳定性和耐久性,因此解决实际工程中的盐胀及冻胀等病害问题具有十分重要的意义。从微观结构、单次降温、冻融循环、水盐运移和构建机理模型等方面综述了近年来国内外关于盐冻胀机理的最新研究成果,总结了目前研究中存在的问题及不足,并对今后盐渍土盐冻胀机理的研究方向进行了展望。     

塑料薄膜防渗渠道土料保护层的稳定分析

塑料薄膜防渗渠道(以下简称“塑膜渠道”)近几年来发展较快,仅新疆建设兵团每年建成的塑膜渠道就有上千公里。它具有防渗效果好,冻胀破坏小,造价低,运输量少,易于施工等优点。为防止塑料的老化和破坏,绝大部分采用的是土料保护层。调查结果表明,由于设计和施工不当,而造成的保护层滑塌破坏多达四分之一,本文仅就影响塑膜渠道保护层稳定的主要因素,作一简要分析。