挤塑聚苯板在混凝土衬砌渠道冻胀防治中的应用研究

发布时间：2020-04-05 12:01

【摘要】：我国北方地区属于季风性气候,冬夏温差大,北方灌区的灌溉渠道多发生冻融破坏,致使输水渠道渗漏,水资源利用率低。对于混凝土衬砌渠道而言,渠基土受冻产生冻胀力造成渠道混凝土衬砌体顶起,轻者混凝土衬砌板表面出现裂痕或局部鼓起,重者衬砌板坍塌滑坡造成渠道不能正常输水。为防止灌渠进一步破坏导致灌溉水利用率降低,每年都要投入大量的人力、物力、财力对渠道进行维修维护。为确保灌区健康持续发展,本课题致力于探明混凝土衬砌渠道冻胀破坏产生的原因并提出针对性地解决措施。本文依托山东省重点研发计划项目“渠道衬砌冻融破坏机理与工程防治措施研究”,在查阅大量相关文献的基础上,对挤塑聚苯板(简称XPS板)在混凝土衬砌渠道冻胀防治中的应用进行了研究,通过与实际工况相比对,得出了有工程应用价值的研究结论,研究结果可为后续的抗冻胀设计以及挤塑聚苯板厚度的选择提供参考依据,本文的主要研究内容及结论如下:1.本文根据渠道冻胀破坏机理、不同结构形式渠道的冻胀破坏特征,总结了合理的渠道冻胀防治措施,并选用铺设挤塑聚苯板这一方案对渠道冻胀防治问题开展研究。2.对位山灌区二干渠观测段渠基土进行室内冻胀试验,根据冻胀率试验结果表明该处基土为冻胀地基、强冻胀性土。在同为饱和含水率的条件下,含水率越高的基土冻胀性越强,降温速率越慢的基土冻胀性越强。3.利用有限元软件ANSYS,以山东省聊城市位山灌区二干渠观测段作为研究对象,建立仿真计算模型,对一年内该灌渠的瞬态温度场、位移场进行计算。通过分析其冻深及冻胀量随时间的变化规律得知,年最低气温下对应的冻结深度并非是年最大冻结深度。且随着铺设挤塑聚苯板厚度的增加,渠基土上边界最低温出现的时间相对于年最低气温出现的时间也在逐渐延后。同时对比梯形渠道冻胀破坏特征,模拟计算中冻胀量峰值出现情况与理论结果相符。4.平均0.01 m挤塑聚苯板可以减少0.1433 m冻深和0.0065 mm冻胀量。但随着铺设挤塑聚苯板厚度的增加,其保温作用效果的增加是逐渐变缓的,因此需要根据实际工况选用合理厚度的挤塑聚苯板,对于位山灌区二干渠而言,0.05 m厚的挤塑聚苯板已满足冻胀防治工程要求。5.将模拟结果与室内试验结果以及工程实测数据比对,证明了模拟计算安全可靠。
【图文】：

山东农业大学硕士学位论文的和意义题是目前渠道工程上最关注的问题之一，，山东省聊城市地处流域位山灌区二干渠为梯形渠道，衬砌结构采用混凝土衬砌渠道来说，渠道破坏往往是从衬砌开始，例如衬砌发生滑塌空、表面剥落等，见图 1.1。随之渠道的抗渗性能迅速下降严重，每年都要耗费大量的人力、物力、财力进行维修维护

9图 1.2ANSYS 计算流程图Fig.1.2 Flow chart ofANSYS calculation（4）将数值模拟结果与室内冻胀试验结果相比对，分析数值模拟的可靠性。（5）根据对照组和试验组的计算结果，得出最经济合理的挤塑聚苯板厚度的铺设方案。
【学位授予单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S277

【参考文献】

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本文编号：2614988