大型弧底梯形渠道“适缝”防冻胀机理及应用研究
旱寒区渠道工程上预先在衬砌板易产生裂缝处顺其白然设置纵缝,以防止冻胀破坏.为探明这种纵缝设置的防冻胀机理及其最佳布设形式,基于冻土水-热-力三场耦合理论,考虑纵缝填充的接触本构及衬砌-冻土相互作用,建立了旱寒区常用的大型窄深式弧底梯形渠道冻胀仿真分析模型,以衬砌板上下表面沿周长正应力分布均匀度为一级指标,以其截面正应力满足强度要求为二级指标,对纵缝设置位置、宽度、个数及其组合削减渠道冻胀效果进行了研究.结果 表明:弧底衬砌板属于薄拱结构,渠坡板为梁结构,纵缝为可移动弹性铰;纵缝位置及宽度的变化不断调整拱-梁结构的刚度及弹性铰的约束刚度,以适应基土冻胀变形,使衬砌板表面应力均匀化,从而削减冻胀;但纵缝过宽会过度削弱弧底拱效应,使弧底中心和坡板上表面及坡脚下表面拉应力过大,易导致冻胀破坏;单独设缝时坡脚位置设缝防冻胀效果最好,而组合设缝削减冻胀效果更优,尤其是坡脚与坡板组合设缝.以新疆某供水渠道为例,采用坡脚与坡板1/4、3/4处组合设缝,缝宽取1 cm,可满足两级指标,削减冻胀效果最优,可为旱寒区大型渠道防冻胀合理布设纵缝(适缝)提供科学依据.
渠道冻胀破坏、冻土水-热-力耦合、“适缝”防冻胀、应力分布均匀度、布设形式
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TV672(水利枢纽、水工建筑物)
国家重点研发计划项目2017YFC0405102;国家自然科学基金项目51279168;冻土工程国家重点实验室开放基金项目SKLFSE201801
2019-10-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）
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