季节性寒区高地下水位渠道衬砌形式研究

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我国季节性寒区高地下水位渠道冻胀破坏非常严重,为了提高衬砌结构的稳定性,常采用砼衬砌板加格宾石笼的透固体衬砌结构设计。该结构在非灌期能够使地下水回渗从而减缓衬砌的冻胀破坏,延长渠道的使用寿命,但是同等尺寸规模条件下,渠道的输水能力远不及混凝土衬砌渠道。为了优选衬砌形式保证渠道既不受冬季冻胀破坏影响又能够满足节水效益,本文从渠道渗流和冻胀两个方面对透固体衬砌渠道开展了数值模拟试验研究,并利用模型试验对数值模拟结构进行了验证,最后结合渠道衬砌经济特性进行了几种衬砌形式的比选。本文主要得到了以下结论:(1)渗流量随渠水位升高呈线性增大关系,随地下水位升高呈线性减小关系;渠道透固体衬砌宽度一定时,不同规模渠道单位水头渗流量基本相同;渗流量随透固体宽度增大而增大,存在临界透固体衬砌宽度,砂土地基条件下约为0.1m;透固体布置在渠底中部时渗流量最小,布置在渠坡底部渗流量最大;透固体材料渗透系数越大,渗漏量也越大,不同材料的透固体宽度-渗漏曲线曲率不同,渗透系数越小,透固体宽度-渗漏曲线越平缓。通过敏感性分析,得知水头差对渠道渗流影响最大,渠道规模对渠道渗流影响最小。并利用室内模型试验箱进行了渠道渗流试验,验证了数值计算结果的合理及可靠性。(2)梯形渠道冻胀分布不均匀,衬砌坡板中下部变形量较大,衬砌底板变形量为中部大两端小,渠道冻胀表现为衬砌板整体上抬;冻胀量与冻胀力不成正比,冻胀量大的部位冻胀力并不一定为最大,阴阳两坡顶部均有明显的应力集中现象;透固体布置在渠坡底部时对减轻冻胀最有利。(3)透固体布置在渠底中部时单位渠长工程造价最低。结合节水性、冻胀减轻程度以及工程造价三个指标,认为季节性寒区高地下水位渠道更适宜采用边部透固体衬砌形式。
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