补水方式对灌溉渠道渠基土冻胀特征的影响.pdf
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1、第卷第期水 利 科 学 与 寒 区 工 程V o l ,N o 年月H y d r oS c i e n c ea n dC o l dZ o n eE n g i n e e r i n gS e p,罗洪海补水方式对灌溉渠道渠基土冻胀特征的影响J水利科学与寒区工程,():补水方式对灌溉渠道渠基土冻胀特征的影响罗洪海(抚顺大伙房水库水源保护有限责任公司,辽宁 抚顺 )摘要:灌溉渠道基土的水分补充方式与水含量之间存在密切关系,因此,也是冻胀变形的重要影响因素.此次研究以具体工程背景情况出发,设计封闭系统、地下水补给以及地下水渠道水等种不同的基土水分补给方式,利用数值模拟的方式研究水分补充方式对
2、冻胀特征的影响.结果显示,渠基土水分补给来源越丰富,其平均温度和含水率越高,冻胀量越大.研究结论对相关研究和工程设计具有重要的支持和借鉴意义.关键词:灌溉渠道;冻胀;补水方式中图分类号:T V 文献标志码:A文章编号:()收稿日期:作者简介:罗洪海(),男,山东肥城人,助理工程师,主要从事水利工程供水管理工作.E m a i l:q q c o m.计算模型与方法 计算模型的构建目前,可以用于渠道基土和衬砌结构数值模拟分析的软件较多,A B AQU S、AN S Y S等都是应用比较广泛的有限元软件.其中,AN S Y S软件由美国AN S Y S公司开发,可以用于衬砌结构渠道的水热力三场耦合
3、分析,将较为复杂的渠基土冻胀物理因素影响转变为比较简单的静力学分析.因此,此次研究选择该软件进行有限元计算模型的构建.此次研究以辽宁省沈阳市某灌溉渠道为背景进行有限元模型的构建.该段渠道为梯形断面,具体尺寸为底宽 m、渠深 m,渠坡坡比为 ,其断面示意图如图所示.经过工程现场的采样试验,渠基土为低液限粉质砂土,在冻结过程中各方向的导热系数变化不大,冻土的线膨胀系数为 ,弹性模量为 MP a,泊松比为 ,剪切模量为 MP a.由于东西走向的渠道阴坡和阳坡受到的日照强度不同,因此,渠基土的冻深也存在明显的差异,研究中阴坡的法向冻深为 c m,阳坡的法向冻深为 mm.研究中将渠道的基土和混凝土衬砌结
4、构视为一个整体进行模型构建,然后,进图渠道断面示意图(单位:mm)行水热应力耦合计算.在模型的网格剖分过程中,采用自由划分和人工控制相结合的方式进行,最终获得 个网格单元,个节点.边界条件和计算过程在相关研究中,温度场边界条件主要有温度边界条件、热流边界条件以及对流换热边界条件等三类.此次研究中对模型的上边界采用对流换热边界条件.根据工程现场的实际监测数据,渠基土冻结前渠基表面的温度为 .计算模拟时间为 月日次年的月 日,历时 d.该时间段分为 组,以每 d平均气温作为计算气温,其具体数值由当地气象资料获取.模型渠道基底采 用 温 度 边 界 条 件,在 计 算 过 程 中 保 持 的恒温不变
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