季凍區(qū)渠道邊坡凍脹防治試驗研究.pdf

1、季凍區(qū)襯砌渠道由于受凍融環(huán)境的影響，下部基土溫度場、水分場不斷發(fā)生變化，凍脹變形現(xiàn)象時有發(fā)生，這將嚴(yán)重影響渠道的安全運行，因此研究季節(jié)凍土區(qū)渠道的凍脹破壞機理及防凍脹措施具有十分重要的理論與現(xiàn)實意義。本文通過理論分析、模型試驗與數(shù)值計算相結(jié)合的方法對襯砌渠道破壞機理進(jìn)行了分析。主要內(nèi)容如下:
　　 1.把襯砌結(jié)構(gòu)與下部基土視為一體，假定一系列理想條件，根據(jù)非飽和土水動力學(xué)原理建立季節(jié)凍土系統(tǒng)的水、熱、變形耦合模型，確定相關(guān)參數(shù)、

2、定解條件及數(shù)值解法。
　　 2.以北引烏北段試驗工程為原型，綜合考慮現(xiàn)場工程規(guī)模、工程地質(zhì)條件、水文氣象條件及實驗室實際的條件，根據(jù)相似理論確定合理幾何比尺、時間比尺與溫度比尺，建立室內(nèi)物理模型。為驗證保溫材料的保溫性能，室內(nèi)模型設(shè)計了對比試驗，即預(yù)制砼板結(jié)合保溫措施護(hù)坡結(jié)構(gòu)和預(yù)制砼板護(hù)坡結(jié)構(gòu)，控制實驗室內(nèi)環(huán)境溫度，觀測兩種護(hù)坡結(jié)構(gòu)的溫度場、水分場及位移場變化情況，并進(jìn)行對比分析，得出保溫材料在護(hù)坡結(jié)構(gòu)中的保溫作用。
　　

3、 3.以室內(nèi)模型尺寸和已有的模型參數(shù)為依據(jù)，用有限元軟件ABAQUS模擬兩種護(hù)坡結(jié)構(gòu)在不同環(huán)境溫度下的溫度場、水分場及變形場變化情況，并與室內(nèi)試驗結(jié)果對比分析.
　　 本論文主要得出以下結(jié)論:
　　 1.由試驗數(shù)據(jù)分析可知，季凍區(qū)渠道凍融過程是一個單向凍結(jié)、雙向融化的過程。受溫度梯度影響會有不同程度的水分遷移，渠道表層溫度梯度大，熱交換強度大，水分遷移最為明顯，越靠近渠底水分遷移量越小。渠基土融化后部分遷移來的水分入滲

4、，使含水量有所減小，但總的含水量大于初始含水量，這也是造成渠道多次凍融循環(huán)后抗剪強度指標(biāo)弱化，出現(xiàn)滑塌現(xiàn)象的原因。
　　 2.凍融過程中渠道邊坡總是先出現(xiàn)凍縮現(xiàn)象，隨著凍結(jié)溫度降低，繼而發(fā)生凍脹，隨著溫度升高，土體中冰融化成水，體積縮小，繼而發(fā)生融沉，經(jīng)歷一個凍融循環(huán)后，渠道邊坡凍脹量大于融沉量，殘余變形具有累積結(jié)果。
　　 3.由實驗數(shù)據(jù)分析可知，沒有保溫板的護(hù)坡結(jié)構(gòu)凍深是有保溫板護(hù)坡結(jié)構(gòu)凍深的3.65倍，可見保溫措施