寧夏引黃灌區(qū)骨干渠道EPS保溫板厚度優(yōu)選試驗及數值模擬研究.pdf

1、寧夏地處季節(jié)性凍土區(qū)，嚴重的凍脹破壞不僅使得灌區(qū)渠道運行年限降低、維修費用增加，而且影響灌溉水資源的高效和持續(xù)利用，已成為制約高標準農田基本建設的瓶頸。本文在查閱國內外渠道凍脹機理研究文獻的基礎上，結合寧夏灌區(qū)渠道破壞現狀，以引黃灌區(qū)兩條干渠（秦渠和良田渠）為研究對象，開展了襯砌渠道凍脹破壞機理、不同類型渠道凍脹破壞特征以及鋪設聚苯乙烯保溫板減緩渠道凍脹破壞效果的試驗研究與優(yōu)化分析計算，預期為我區(qū)農田水利配套工程設計提供依據。
　

2、　論文的主要研究工作包括:
　　(1)分別選取秦渠呈東西走向的渠段和良田渠呈南北走向的渠段作為典型試驗段，布置觀測斷面，在各觀測斷面不同位置鋪設不同厚度聚苯乙烯保溫板，進行了包括氣溫、凍深、凍脹量、土壤含水率等要素的原型觀測。通過分析觀測結果，探討了不同厚度保溫板對上述因素的影響，進而研究了不同走向的渠道和不同渠坡位置上，聚苯乙烯保溫板的鋪設厚度問題;
　　(2)根據上述兩條干渠典型試驗段的實際資料，對目前聚苯乙烯保溫板厚度

3、計算的三種方法（經驗估算法、熱工計算法和相關比擬法）進行了驗算，并結合試驗所得保溫板厚數據，對計算公式進行了系數修正;
　　(3)利用ANSYS有限元軟件，建立了試驗渠段各觀測斷面的數學模型，進行熱-應力耦合數值模擬計算，給出了渠道凍脹過程中的溫度場與位移場，并對其進行分析研究，得到了有限元模擬計算的保溫板厚度值;
　　(4)最后結合寧夏灌區(qū)實際情況，將試驗法、理論計算法和ANSYS有限元軟件模擬等三種方法分別得到的保溫板厚

4、度值進行優(yōu)選，給出了寧夏引黃灌區(qū)骨干襯砌渠道聚苯乙烯保溫板的合理厚度。
　　主要研究結論如下:
　　(1)渠道凍深、凍脹量、土壤含水率與渠道走向、渠坡位置有關。東西走向渠道，陰坡凍深、凍脹量均大于陽坡，渠底介于二者之間;南北走向渠道，邊坡凍深、凍脹量小于渠底;渠底含水率大于邊坡，陰坡含水率大于陽坡，土壤凍結期含水率大于凍結前，土體在最大凍深處含水率變化最為明顯;
　　(2)渠道凍深、凍脹量、土壤含水率分布與保溫板厚度有

5、關。渠道鋪設保溫板可明顯減小凍深，并且隨著保溫板厚度的增加，凍深逐漸減小，當保溫板厚度達到某一數值凍深便不再發(fā)生變化，該數值與渠道走向、渠坡位置有關;保溫板可明顯減小凍脹量，保溫板越厚，凍脹量越小;鋪設保溫板可以改善渠基土水分遷移變化，使得土體在凍結前后土壤含水率變化較未設置保溫板的土壤含水率小;
　　(3)經過修正的理論計算結果可以用于寧夏灌區(qū)保溫板厚度的選取。其中，經驗公式法由于計算結果區(qū)間變化大，不建議直接用于工程設計;熱工

6、學計算法中預留一定厚度凍土層的計算方法與實測值相接近，可以作為工程設計中保溫板厚度的初步確定;將相關比擬法安全系數調整為1.5，計算結果與實測值比較接近，可用于寧夏灌區(qū)保溫板厚度的初步確定;理論計算法的結果都需要結合實際情況進行相應的調整;
　　(4) ANSYS有限元軟件模擬結果可以作為渠道保溫板厚度選取的一個依據。根據溫度場計算結果可知，保溫板能夠有效改善凍土層溫度分布，隨著保溫板厚度的增加，相同土層溫度逐漸升高;對位移場模擬