【碩士】梯形渠道弧形底混凝土防滲抗凍性能的試驗(yàn)研究

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　　摘要：我國北方地區(qū)冬季，地表土壤凍結(jié)，春季融化，經(jīng)歷周期性的凍融。這種周期性的凍融使許多坐落在土基上的輸水渠道防滲體產(chǎn)生不同部位、不同形式和不同程度的凍融破壞。山西省地處這種季節(jié)性凍土區(qū)，渠道襯砌凍融破壞嚴(yán)重，現(xiàn)有的骨干建筑的50%、渠系建筑物的40%的和渠道襯砌體的32%受凍融而破壞?！　? 本文以水利部大中型灌區(qū)續(xù)建配套項(xiàng)目設(shè)立的“大型梯形渠道弧形底混凝土防滲結(jié)構(gòu)抗凍性能研究（編號20081015）”項(xiàng)目為依托，基于歷時兩個凍融期，原型原位對梯形渠道弧形底十四種不同混凝土襯砌體的觀測，較系統(tǒng)地研究了梯形渠道弧形底混凝土襯砌凍脹特性，揭示了梯形渠道弧形底混凝土襯砌體的凍脹規(guī)律；分析了凍脹機(jī)理、影響襯砌體凍脹的主要因素的變化規(guī)律以及它們之間相互關(guān)系；比較了不同渠道襯砌形式的抗凍脹效果和優(yōu)缺點(diǎn)；提出了試驗(yàn)區(qū)氣候條件下的渠道襯砌優(yōu)化方案；建立了以凍結(jié)溫度、渠道斷面和襯砌體尺寸等為參數(shù)的梯形渠道弧形底混凝土襯砌抗凍力學(xué)模型，并以模型為基礎(chǔ)，編寫了渠道襯砌體應(yīng)力計算和配筋程序?！　⊙芯拷Y(jié)果表明：　　⑴整個越冬期，渠基表土含水量隨時間變化幅度較大，而深層土壤含水量變化相對穩(wěn)定。地溫隨土壤深度增加而升高，同一時間，同一深度處地溫值由渠道底部至頂部逐漸升高。土壤含水量與凍結(jié)指數(shù)和地溫、地溫與凍結(jié)指數(shù)間均存在二次多項(xiàng)式相關(guān)關(guān)系?！　、蒲厍榔旅嬉r砌板凍脹位移量大小不等，渠頂處位移最小，而靠近渠底位移量最大，渠底有較明顯的垂直位移。陽坡凍脹破壞產(chǎn)生的裂縫較少，陰坡襯砌產(chǎn)生裂縫較為普遍，開裂部位集中在底板弧形角與坡板連接處。凍脹位移量和凍結(jié)指數(shù)和板下土壤溫度存在三次多項(xiàng)式相關(guān)關(guān)系。裂縫寬度與凍結(jié)指數(shù)存在二次多項(xiàng)式關(guān)系，與板下土壤溫度存在指數(shù)函數(shù)關(guān)系?！　、乔阑炷烈r砌是否配置鉛絲網(wǎng)對于凍脹位移量和裂縫寬度有較大影響。不同襯砌處理的板下土壤溫度、含水量和凍脹位移量存在差異。比較分析后認(rèn)為設(shè)置縱向縫并鋪設(shè)土工膜的20cm 厚混凝土現(xiàn)澆板和鋪設(shè)置土工膜并配置鉛絲網(wǎng)的8cm 厚混凝土現(xiàn)澆板是該地區(qū)最優(yōu)的兩種襯砌方案。　?、炔捎脙雒浟W(xué)模型程序?qū)μ菪吻阑⌒蔚椎脑O(shè)計進(jìn)行輔助計算是可行的。以土壤溫度、渠道坡角、渠道尺寸及其他參數(shù)作為模型計算的變量可獲得與工程實(shí)際相符的結(jié)果?！　? 本課題以汾河一壩灌區(qū)西干渠野莊段渠道防滲體抗凍脹為研究對象，主要針對梯形渠道弧形底混凝土襯砌板結(jié)構(gòu)類型與抗凍脹措施進(jìn)行了研究。研究結(jié)果對汾河灌區(qū)進(jìn)行的大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程急需解決的關(guān)鍵技術(shù)和難題具有實(shí)際意義，對于水工建筑物抗凍脹設(shè)計理論的進(jìn)步具有一定的科學(xué)意義，但由于問題的復(fù)雜性和方法手段的有限性，許多方面的問題還停留在定性研究的水平上，還有待進(jìn)行深入的研究?！　?

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