基于数值模拟的双层薄膜防渗衬砌渠道抗冻胀机理探讨.pdf

第27卷 第l期 农业工程学报 Vr01．27No．1 29 2011笠1月 TI．ansactionsoftheCSAE Jan．201l 基于数值模拟的双层薄膜防渗衬砌渠道抗冻胀机理探讨 刘旭东1，．，王正中1,2-※，闫长城1，李甲林1，3 (1．西北农林科技大学水工程安全与病害防治研究中心，杨凌712100；2．中国科学院冻土工程 国家重点实验室，兰州730000；3．甘肃省水利厅，兰州730000；4．吴江市水利局，吴江215200) 摘要：在渠道衬砌板下铺设双层龌料薄膜，使混凝土衬砌板与冻土层之间可滑移、不产生冻结约束，从而达到防治渠 道衬砌冻胀破坏的目的，即为双层薄膜防渗衬砌渠道。为了探明其抗冻胀机理及削减冻胀效果，应用ADINA软件对双层 薄膜防渗衬砌渠道冻胀进行数值模拟，研究衬砌板应力和变形规律。对比普通渠道，双层薄膜防渗衬砌渠道抗冻胀效果 非常显著，自身受力状态得到显著改善，且冻胀变形、冻胀力分布更加均匀：其阴坡、渠底、阳坡切向冻结力极值及均 方差降低幅度均大于法向冻胀力降低幅度，揭示了该种渠道通过削弱冻结约束来改善衬砌板冻胀受力及使冻胀量分布均 匀的抗冻胀机理。对比梯形断面和弧底梯形，可知双层薄膜防渗衬砌渠道适用断面为弧底梯形，在实际工程中心对弧底 板和渠坡板之间的伸缩缝加强管理，或采用整体现浇式结构，以防止渠坡板滑动失稳。这些工作为双层薄膜防渗衬砌渠 道的深入研究和推』“应用提供了参考。 关键词：数值分析，渠道衬砌，计算机模拟，双层薄膜防渗衬砌渠道，抗冻胀机理 doi：10．39690．issn．1002—6819．2011．01．005 中图分类号：$277，TV698．2+6文献标志码：A 文章编号：1002—6819(2011)一01—0029一07 刘旭东，王正中，淘长城，等．基于数值模拟的双层薄膜防渗衬砌渠道抗冻胀机理探讨[J]．农业工程学报，2011，27(1)： 29--35． onanti—frostmechanismof canalwithdouble Liu heave Xudong，WangZhengzhong，YahChangcheng，eta1．Exploration lining filmsbased011 ofthe Chinesewith CSAE，201l，27(1)：29—35．(in abstracO computersimulation[J】．Transactions English 低或者消除衬砌板冻胀受力的目的f8】。 0引言 依据该抗冻胀思想，本文提出在渠道衬砌板下铺设 随着我国社会经济的进一步发展，水资源紧缺的矛 双层塑料薄膜，由于两层塑料薄膜之间摩擦很小，使混 盾日益突出，建设节水型社会，发展节水灌溉势在必行。 凝士衬砌板与冻土层之间可滑移、不产生冻结约束，从 在我国北方广大季节性冻土地区，修建了大量渠道防渗 而达到防治渠道衬砌冻胀破坏的目的，即为双层薄膜防 工程，由于渠基土冬季冻胀作用，使这些渠道工程都遭 渗衬砌渠道。 受到不同程度地冻胀破坏，发生鼓胀、裂缝、滑塌等冻 为了探明双层薄膜防渗衬砌渠道抗冻胀机理及削减 胀破坏现象，不仅造成灌区维修管理费用的增加，而且 冻胀效果，本文参考文献【9．14]提出的分析方法，应用有 导致宝贵水资源的渗漏损失，直接影响了水利工