整体式U形渠道混凝土冻胀破坏力学研究

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U形渠道衬砌防冻机理与数值模拟研究

U形渠道衬砌防冻机理与数值模拟研究对于季节性冻胀地区,渠道冻害是影响渠道防渗衬砌工程运行的主要问题。

渠道衬砌工程的冻胀机理及相关参数对于衬砌结构抗冻胀性能的影响规律是渠道衬砌工程中急需解决的重要技术问题之一。

针对宁夏地区典型U形渠道衬砌特点,本文依据冻土物理学、有限元理论、弹塑性力学、结构力学等相关学科的基础理论,采用试验及数值模拟方法,对U形渠道衬砌冻胀机理及影响U形衬砌抗冻胀性能的相关参数进行了分析研究。

提出了典型土质下U形渠道衬砌冻胀敏感性预测模型,修正并验证了 U形渠道衬砌数值模型并分析了不同参数对U形混凝土衬砌抗冻性能的影响规律。

主要研究结论及成果包括:(1)建立了一种U形混凝土衬砌渠道冻胀特性的连续观测试验方法,建立了混凝土衬砌渠道渠基不同位置冻胀量观测系统,渠基不同位置土壤水分观测系统,确定了影响衬砌不同位置冻胀力观测系统的平面布置和横断面布置特征,研发了混凝土衬砌渠道冻胀特性的观连续观测设备和方法。

(2)探讨了渠基季节性冻融土壤基本物理特性、土壤热流、水分迁移方程及水热耦合基本方程影响因素,探明了 U形渠道渠基土壤冻结温度及未冻水分的变化规律、渠基土壤不同部位在不同深度范围内的温度及未冻水变化规律及分布特征。

建立了典型土质条件下土壤未冻水含量与温度之间的关系模型。

(3)揭示了U形渠道在典型土质条件下,渠基不同深度范围内的温度、水分与冻胀率的相关度及变化规律,以及U形混凝土衬砌所受冻胀力与渠基土壤冻胀率的相关度及变化规律。

建立了典型土质条件下渠基土壤冻胀敏感性及渠道衬砌所受冻胀力预测模型。

(4)通过混凝土材性试验,对宁夏常用混凝土衬砌进行了数值模型基本参数的修正,并应用大型有限元分析软件ADINA建立U形混凝土衬砌弥散型裂缝分析模型。

验证了弥散型裂缝数值分析的可行性,提出了分析U形衬砌在冻胀力作用下的数值模拟非线性分析方法。

(5)结合我国现行渠道衬砌设计的相关规范并利用弥散型裂缝模型,揭示了 U形混凝土衬砌的材料强度等级、U形衬砌结构倾角以及衬砌厚度等不同参数的混凝土衬砌在冻胀力作用下的力学响应规律及参数对衬砌抗冻胀性能影响规律,提出了通过衬砌抗冻胀系数判断U形衬砌抗冻胀性能的方法。

渠道砼板砌护冻胀分析与实施“U”型断面砌护浅析

角形分布，因此，在冻胀过程上，渠底断面线抬高，由坡脚至坡顶逐渐减小，商至不变，致使边坡冻胀部分的直线距离缩短，渠道
基土断面发生变形，砼由于不能适应这种变形而发生错位、但隆
起，直至遭到破坏。另种情况是衬砌质量较差或板体含水较高，
持５０厘米以上的距离。隔水法，采用埋藏式隔膜，隔断地下水对冻层的补给，以减小渠床的冻胀变位。可第三，适应法。采用适应冻胀性较强的衬砌结构和材料。结
构断面适应抗冻胀性较强的是宽浅式“ ” 、形断面。这两种Ｕ型弧断面的冻胀变形以整体上抬为主。胀变形比较均匀，冻性较冻抗
致，而且基土的冻胀量沿渠道横断面的分布是不均匀的。渠底冻
胀量大，面各部位层次的冻胀量由坡脚到坡顶逐渐减小，坡呈三
含水量直接影响土体的冻胀，它们之间的关系为正比。待开春气温回升，土壤冻层开始融化。融化自上而下和自下
而上两个方向进行，层中部融化较滞后，冻初期，层融化冻解上而下层滞后，以造成“ 水 ” 引起基土表层返潮，的地面甚所滞，有至出现泛水现象，时，土表面甚滑，冻胀隆起的衬砌体在这基因渠道坡面上就会在重力作用下下滑，成滑坡和流士破坏。造
水位以上，由于距离地下水位近，土壤在冻结时也不乏地下水迁移补给。以，道基土的冻胀量由渠底到坡项逐渐减少。当然所渠冻胀量也与渠道朝向有关。造成土壤含水量在冻结前较高，也与渠道行水时间和灌溉

整体式小U形渠道混凝土衬砌结构冻胀破坏数值模拟研究

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＳｍａｌｌＵ－ｓｈａｐｅｄｃｈａｎｎｅｌ，ｉｎｔｅｇｒａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｃｏｎｃｒｅｔｅｌｉｎｉｎｇ，ｆｒｏｓｔｈｅａｖｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
Ｏ引言
混凝土衬砌是输水渠道普遍采用的防渗措施，也是提高农田灌溉用水效率的有效途径，然而，在我国北方高寒地区，冬季混凝土衬砌板因渠道基土冻胀而产生裂缝、断裂，甚至隆起破坏的现象较为普遍，水资源浪费严重，持续制约着灌区农业发展。文献资料显示，宁夏引黄灌区受干湿冻融交替等因素影响，渠系建筑物破损率达４０％以上，农渠输水损失在５０％左右口１。渠道冻害防治已成为国内外学者长期探索的热点课题之一。
［关键词】小ｕ形渠道；整体式结构；混凝土衬砌；冻胀变形；数值模拟［中图分类号］ＴＶ６９８．２６［文献标识码］Ａ
ＳｔｕｄｙｏｎＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＦｒｏｓｔＨｅａｖｉｎｇＦａｉｌｕｒｅｏｆＭｏｎｏｌｉｔｈｉｃ
［摘要］结合宁夏引黄灌区小型渠道衬砌结构的原型观测试验，应用ＡＢＡＱＵＳ有限元软件，考虑渠道同一横断面上阴坡和阳坡不同冻胀变形特征，在对混凝土衬砌结构进行热应力耦合分析的基础上，建立了整体式小ｕ形渠道混凝土衬砌结构数值计算模型。模拟计算结果表明，根据实际监测资料，选用参数以及边界条件，区别阴坡和阳坡冻胀规律，对试验段进行数值模拟计算的方法是可行的；用所建数值模型模拟计算，其结果与原位实测数据基本一致。

混凝土水渠冻涨防治方法与措施探讨

混凝土水渠冻涨防治方法与措施探讨摘要：随着西部大开发的逐步深入，在农田水利基本建设中，灌区渠系水利用效率的提高是水利管理现代化和农业现代化进程的必然要求。

青海地处黄土高原严寒地区，混凝土渠道在冬、春之交存在着严重的冻涨破坏，从而降低了灌区渠系水利用效率。

因此，为了灌区发展农业节水技术、有效提高渠系水利用效率，就必须重视渠道冻涨破坏问题。

通过对混凝土渠道冻涨破坏的机理分析，探讨了在施工过程中防治混凝土冻涨的方法与措施。

关键词：混凝土渠道；冻涨破坏；高抗冻混凝土中图分类号: TV543.1文献标识码：A文章编号：T2012-08（03）98161冻涨破坏原理混凝土渠道受冻涨时，冻涨力作用于衬砌板上，导致衬砌板变形，当变形受到约束得不到满足时，就引起应力，当应力超过混凝土的强度时，就产生破坏，故衬砌板的冻涨破坏与约束的强弱有关。

结构产生变形变化时，不同结构之间和结构内部各质点之间都会产生约束，前者为“外约束”，后者为“内约束”。

外约束又分为“自由体”、“全约束”和“弹性约束”。

1.1自由体结构(或构件)结构的变形等于结构的自由变形，无约束变形，不产生应力。

变形自由体，即变形不受其他结构任何约束的最大，应力为零。

1.2全约束即结构的变形全部受到其他结构的约束，使变形结构无任何变形的可能，即应力最大，变形为零。

1.3弹性约束弹性约束是介于上述两种约束状态之间的一种约束。

结构的变形受到部分约束，产生部分变形，变形结构和约束结构皆为弹性体，二者之间的相互约束称为：“弹性约束”。

既有变形，又有应力。

混凝土板和其下冻结土层牢牢冻结在一起，二者之间的约束属于外部约束。

1.4衬砌板受力分析当混凝土渠道发生冻涨时，衬砌板和其下的土层冻结在一起，在渠床土冻涨过程中由于含水土层的冻涨变形，将把整个渠道抬高一个高度。

在此，可以把边坡板在冻涨后发生的变位分解为平行于边坡板和垂直于边坡板的两个相互正交的变位，并分别称它们为切向变位与法向变位。

U形衬砌渠道冻胀机理与防渗技术研究

和渠底现浇侧壁预制吊装相结合等。
工
图１标准Ｕ形
Ｆｉ．ｔｎａｄＵｇ１Ｓａｄｒ
一
图２弧形坡脚梯形
Ｆｉ．ａｅｏｄｌｔｇ２Ｔｒｐｚｉａｈｗｉｃｒｅｏｔｍｕｖｄａｃｂｔｏ
图４Ｕ形渠冻胀受力图示
渠道防渗不仅可以提高渠系水利用系数，防止土壤盐碱化及沼泽化，而且可以防止渠道冲刷、淤积
及坍塌，同时节约运行管理费用。对工业和生活排污渠道，采用防渗技术，还可以防止污水渗漏污染地下水，保护水资源可持续开发利用…。
机械化施工ｌ３２，。Ｊ混凝土ｕ形渠较梯形渠每公里输水损失减小
Ｆｇ４Ｔｈｒｓ—ｅｖｉ．ｅｆｔａｅｏｈｆｒｅｏｃｎｌｏｃｆＵａａ
图３弧底梯形
Ｆｉ．ａｅｏｄｌｇ３Ｔｒｐｚｉａｗｉｒｏｔａｃｆｔｈｏ
实践证明，ｕ形衬砌渠道不但在无冻害地区是非常成功的，在冻胀量不超过５ｍ的 Ⅱ级基土冻胀ｃ性工程地区，在采用适当的防冻措施后，也是一种完
象梯形渠道在渠底中部沿渠道轴线方向和在两渠坡距渠坡底ｌ３／处沿渠线方向各形成一条冻胀裂缝，ｕ形衬砌渠
道破坏的主要原因是受渠基土壤水分以不良气象条件影响，及同时与渠道走向及受力状态有关，所有这些将使衬
砌体发生不均匀冻胀而破坏。依据水力最佳断面条件求解ｕ形渠最佳断面参数，分析我国南北灌区的三种断面形式不同衬砌材料、同结构形式及不同嵌缝材料的大中型ｕ形衬砌渠道的设计及施工技术，不认为在无冻害地区ｕ形衬砌渠道具有良好的防渗性能。在冻胀量不超过５ｃ１级基土冻胀性工程地区，ｎ的Ⅱ 在采取适当的防冻措施后，形衬ｕ砌渠道仍然是一种完全适用的、良好的防渗方案。针对Ｕ形衬砌渠道目前存在的问题提出了今后应研究的方向。关键词：形衬砌渠道；Ｕ冻胀机理；防渗理论中图分类号：Ｓ７２５文献标识码：Ａ文章编号：１０ —６１２０）３０９ —６００７０（０６０ —１４０

“U”型渠道冻胀力力学计算研究

"(kg/m3) 2350 2350 2350 2350 2350 2350 2350 2350 2350 2350 2350 2350 2350 2350 2350 2350 2350 2350 2350 2350
(m) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
［关键词］冻胀力；渠道；力学计算；板厚取值［中图分类号］TV698.2+6 ［文献标识码］A
0引言
“u”型混凝土衬砌在新疆引水材料
易发生冻胀作用，从而导致衬砌材料自身的破坏。因此,需要对
衬砌材料自身的冻胀力进行分析，从而准备选取衬砌材料，保
在式(2)的基础上引入一个方程进行未知参数求解。假设
为底部固的悬臂梁，
，仅重力
冻胀力和
法向、切向冻结力影响。因此可得：
［收稿日期］2019-03-19 ［作者简介］李学生(1975-)，男，新疆奇台人，工程师，主要从事农田水利和水利工程施工、管理工作
-37 -
第6期 2019年6月
陕西水利
Shaanxi Water Resources
证渠道在冬季的使用安全。目前。关于混凝土材料冻胀的
主要
冻融循环试验"T、数值模拟以及力学模
型。肖旻等"臥进行力学分析需分析冻土冻
胀和衬砌板冻缩变形对内力的影响;翟全磊等冋通过数值模拟
分析冻胀力对预制台座的影响，
建
©通
过室内力学试验构建岩体冻融损伤模型,通过实例验证，模型
较为准
冋对
渠道冻胀破坏力学性质进行分
$ max_
j~2

大U形混凝土衬砌渠道冻胀破坏的力学模型探讨

机理非常复杂，这些力的大小及方向不是事先但已知的恒定值，是相互依赖的，于具体的结而对构．达到极限破坏状态时冻胀力、结力和混在冻
上，因渠坡较陡，受水平冻胀力的能力弱，承累积残余冻胀变形较大，渠底的反拱作用也相对减
而各部位的日照及温度水分状况不同，冻结状态也不同，上部冻深较大，底部冻深较小，阴坡冻深较大，阳坡冻深较小，渠坡底部冻胀量大于上部，
冻胀分布不均匀，冻胀方向是渠侧向里渠底向
底板与坡板相互约束等作用下而发生破坏的，其
维普资讯
４
【文章编号】０２０２（０７０一ｏ０一（１０－６４２０）６０４）４
东北水利水电
２００７年第６期（２卷２５期）第５７
大ｕ形混凝土衬砌渠道冻胀破坏的力学模型探讨
张茹ｔ宋孝斌ｚ，
坡偏转的冻胀变形被渠床冻土约束，之衬砌板加
之间的相互约束，使弧底板成为压弯构件，渠坡直线段成为偏心压弯构件，随着冻胀的加剧，渠
顶的法向冻结力和渠侧的切向冻结力逐的弯矩和拉应力，阴当
较大，各部位的坡向不同，日照强度不一，以及土
质、分、力等条件的差异，之走向不同，水风加因
坡渠顶的法向冻结力和阳坡坡板的切向冻结力
同时达到极限状态时，衬砌板的拉应力达到最大，砌结构就发生冻胀破坏【衬７１。ｕ形混凝土衬砌渠道是在冻胀力、结力及冻

浅析砼衬砌渠道冻胀与冻害成因及防治措施

科技风２０１７年４月卜
水利电力
ＤＯＩ：１０．１９３９２￣．ｅｎｋｉ．１６７１ — ７３４１．２０１７０７１７６
浅析砼衬砌渠道冻胀与冻害成因及防治措施
单鹏超
南水北调中线建管局河北分局河北石家庄０５００３５
摘要：南水北调中线工程大部分位于较为寒冷的北方地区，由于渠道水渗漏以及地下水的其他水源的补给等因素，渠道基土含水量较高。渠道衬砌混凝土在经历冬季后会出现不同程度的冻胀损坏，例如裂缝、错台以及表面冻融等。在天暖冰雪融化后又导致渠基土过于湿润，致使渠基土自身的稳定性能和强度降低，引起衬砌体的破坏。这些对工程的正常运行会都产生严重的影响，不仅浪费大量的人力、物力、财力去维修和管理，并且直接制约着工程效益的发挥，浪费宝贵的水资源，更为严重的还会影响
１．１地下水对冻胀破坏的影响
外，当渠道中的水向渠床方向渗流时，不仅增加了渠基土中的含水量，而且渗流时产生的渗透力对渠道衬砌板也有破坏的作用，这无疑加剧了渠道的冻胀破坏。
１．４渠道走向对冻胀的影响
冻土中水分迁移的宏观表现是冻胀的实质。渠道在停水后，内部的水位降低，由于存在相对压差，大量渠道外部的地下水向渠道内部渗透，渠道边坡的混凝土衬砌板处于极不稳定的状态，从而发生位移、滑落。由于地下水渗透的作用，渠基土的含水率处在较高的水平，这会使衬砌板本身出现裂缝甚至断裂。渠基土的土质均匀时，渠道各部分的冻胀量不随冻深的增加而增大，基土水分的补给是决定冻胀程度大小的主要因素四。在土质相同的条件下，渠基土的冻胀程度与地下水位的高低几乎呈反比关系。渠基土的含水率和水分补给与地下水位的高低关系密切，在封闭的体系中，土壤的持水量决定了其冻胀的程度；在开敞的体系中，尽管土体初始的含水率很低，但外界水分的补给会强化其冻胀程度。

混凝土防渗渠道防冻胀处理措施探讨

混凝土防渗渠道防冻胀处理措施探讨摘要：混凝土防渗渠道已成为提高灌区水资源利用率，改善周边环境的，推广节水灌溉的重要手段，目前在全国普遍推广应用。

我国北方地区地域宽广，冬季无霜期时间长，冻土深度大，冷暖变化易造成土体产生物理变化，致使混凝土防渗渠道产生不同形式、不同程度的破坏。

因此在进行设计、施工时，应将预防渠基土的冻胀和冻胀的缓解作为重点，提高混凝土防渗施工的质量和使用效率，延长混凝土防渗渠道的使用寿命。

关键词：混凝土；防渗渠道；防冻胀；处理措施1 引言渠道冻胀主要的表现就是渠基受到冻害，导致其体积增大，造成了渠道结构的不稳定，会造成衬砌鼓胀裂缝、隆起架空、整体上抬、板位错块、严重部位造成衬砌破碎或滑塌。

冻胀的发生对于渠道的防渗作用以及渠道的使用年限都有着巨大的影响，为了能够更好的解决渠道的冻坏问题，对于渠道产生冻坏的原因就要进行细致的分析，只有这样才能彻底解决渠道冻胀问题，使渠道更好的为生产建设服务。

2 渠道防渗施工的意义渠道防渗对提高水资源利用率，减少水量损失，实现大中型灌区节水提升具有重要的意义，渠道渗漏不但降低了水资源利用率，减少了有效灌溉面积，严重浪费了水资源，而且还增加了用水户的水费成本，甚至严重影响工程的正常运行。

为尽可能提高水资源的利用率，减少渠道渗水造成的水资源流失，渠道的防渗衬砌就显得尤为重要。

在我国北方，灌区输水线路长，渠系水利用系数低，又是寒冷地区,渠道冻胀破坏十分普遍,其维护始终是灌区工程的重点和难点,渠道防渗工程的单位造价要比南方多出数倍,即便如此,冻胀破坏仍难防治。

随着灌区节水改造工作的深入进行,经济且抗冻型的渠道为当前急需。

3 混凝土防渗渠道产生冻胀的原因3.1 持续负温条件导致冻涨产生的一个因素就是温度过低，我国北方大多数地区均属于寒冷性季节冻土地区。

由于季节性冻土冬季产生冻胀作用，冻胀的产生是引起工程中建筑物破坏的根本原因。

3.2 水分的存在产生冻胀是离不开水的作用的，入冬前渠基土中的天然含水量是否达到饱和的状态也是引起冻胀发生的条件之一。

渠道混凝土冻胀破坏的原因及防治措施研究

渠道混凝土冻胀破坏的原因及防治措施研究摘要：在混凝土施工过程中，遇到寒冷地区和天气影响，经常会出现冻胀破坏。

本文主要结合渠道混凝土冻胀破坏发生的主要原因，并根据其发生的因素提出一些针对性的防治措施，从而更好的对冻胀原因进行分析。

关键词：混凝土渠道；冻胀破坏；原因；防治1渠道混凝土冻胀破坏原因分析1.1冻融破坏水利渠道混凝土冻胀破坏的原因多种多样，首先经常碰见的是冻融破坏现象。

由于渠道所用的混凝土板较薄板厚度都小于15cm以下。

板材主要运用水泥和砂石等一些外加剂共同掺杂交结构成。

由于混凝土在发生水化反应时，内部都会存在很多微小的缝隙，在沙石和其他外加剂材料具备一定吸水作用的情况，在冬天零下摄氏度的环境中缝隙处的水就会出现结冰，这些水结冰的体积会不断地增大，出现膨胀的现象。

如果水成冰导致体积膨胀，在超出混凝土极限时就会出现很多裂缝。

在冻住和融化的反复作用下，裂缝问题会越来越大，导致冻融破坏的情况时有发生。

1.2渠道内水结冰破坏在水利水电工程中，一般在寒冷地区的水电站引水作业中会运用到渠道工程，这种应用方式为冬季渠道输水运行系统。

在冬季持续时间较长的情况下，如果天气降温明显，那么水中的浮冰会在弯道处不断的堆积，由于水流下降会造成积累的冰块数量，加剧从渠边开始出现浮冰不断的向渠道中心位置偏移，如果浮冰从上游不断的向下游进行运送弯道位置的浮冰在积累严重的情况下，会对两边的混凝土板造成极大的压力和推动力，这样导致整体混凝土的衬砌结构压力过大出现断裂，最后造成位移和破坏现象。

1.3渠基土冻融破坏渠基土冻融破坏现象常见的分为四种，第一种为混凝土板裂缝。

在寒冷天气下，混凝土板和渠床基土会通过冻结的作用力形成一个整体，在受到多种作用力的影响下。

首先会遭受混凝土收缩作用和冻结作用，出现冻融现象下的破坏和鼓胀。

导致积土含水量不断增加，在连年的冻融效果中，裂缝问题会随年增加宽度增加，且裂缝的现象明显。

第二种是架空隆起现象，在渠道未知的地下水位比较高的渠道段中，由于冻胀量相对其他地段比较小，导致混凝土衬砌板出现架空情况，在不断隆起的情况下，坡脚及边坡位置的上方坡更容易发生隆起。

渠道混凝土冻胀破坏成因分析及防冻胀措施分析

施工技术渠道混凝土冻胀破坏成因分析及防冻胀措施分析李彤彤(北京市京密引水管理处，北京101400)摘要：在渠道混凝土施工过程，做好防冻账的控制措施十分重要，可保障工程的安全建设。

本文从渠内水结冰、基土冻融、混凝土质量三方面阐述影响渠道内部混凝土产生冻账的主要因素，并从规避冻账易发环境、控制基土冻融位移、做好混凝土施工等方面阐述具体的防冻账措施。

关键词：渠道；混凝土；冻账破坏；防冻措施1渠道混凝土出现冻胀破坏的主要原因1.1渠内水结冰在寒冷地区，冬季渠道运行过程中，常使用径流运冰方式对水电站进行运水。

当遭遇寒流、气温骤降等环境时，渠道中就会产生大量的浮冰，导致内部水流速度降低。

长期持续过程，结冰堆积，冰体逐渐从渠道四周向中心蔓延，最终形成冰盖。

1.2基土冻融渠道混凝土属于刚性预制材料，其的的，向抗拉性，适应不同环境造成的伸、变形等，此，在时，不同程度的。

渠道混凝土在过程在形式。

1土。

在寒冷季，渠道混凝土结体部，导致混凝土不力，在结，混凝土产生的应同作用。

2渠道混凝土。

当渠道下方地水时，渠道部地水，产生的大。

于渠道部的土地水大，产生的，时渠道于程度过大，使混凝土大的。

i在渠道中部的部。

+渠道凝土。

产生的方，其一，导致混凝土，致使部，使混凝土。

在基土过程中，上方土度方向进行，造成等。

其二，渠道度的土在过程存在大的，促使道，使坡脚的混凝土遭外，产生位，等。

4渠道混凝土体抬。

当渠道土存在均匀的性质时，同时混凝土衬砌结构完度较时，在冬季温度对渠道土产生的较大时，就会使混凝土衬砌结构抬。

1.3渠内混凝土问题渠道使用的混凝土的厚度 8-15/0。

在混凝土配置过程，产生的水会使内部产生细小的隙。

同时，配混凝土材料中含的较多吸水性物质，在渠道长期充满水的环境下，及冬季寒冷气温用下，使混凝土隙中积水结冰，体积变大。

当混凝土内部体积膨应过大时，会超最应值形成。

混凝土结构在冻融环境下的力学性能研究

混凝土结构在冻融环境下的力学性能研究一、引言混凝土结构广泛应用于各种建筑物和基础设施中，但在冻融环境下，混凝土结构的力学性能会受到一定程度的影响，导致结构的损坏和失效。

因此，研究混凝土结构在冻融环境下的力学性能具有重要的理论和实际意义。

二、冻融环境对混凝土结构的影响1. 冻融循环引起的温度变化冻融循环过程中，混凝土结构会经历多次温度变化，这种变化会引起混凝土内部的收缩和膨胀，导致内部应力的变化。

同时，温度变化还会对混凝土的物理和化学性质产生影响。

2. 冻融循环引起的湿度变化冻融循环过程中，混凝土结构会受到水分的影响，水分的存在会导致混凝土内部的应力变化和微观结构的改变。

在冻融循环的过程中，水分会在混凝土中形成冰晶，这些冰晶会引起混凝土的膨胀和收缩，从而对混凝土结构的力学性能产生影响。

三、混凝土结构在冻融环境下的力学性能研究1. 混凝土的抗冻性能混凝土的抗冻性能是指混凝土在冻融循环过程中能够承受的冻融循环次数和程度。

抗冻性能的好坏对混凝土结构的耐久性和使用寿命有着重要的影响。

目前，常用的评价混凝土抗冻性能的指标包括抗冻性指数、抗冻强度、低温下的弹性模量等。

2. 混凝土的力学性能混凝土在冻融环境下的力学性能会发生一定的变化，这对混凝土结构的稳定性和承载能力产生影响。

研究混凝土在冻融环境下的强度、韧性、变形能力等力学性能，可以为混凝土结构的设计和施工提供科学依据。

3. 混凝土结构的损伤与修复在冻融环境下，混凝土结构会受到不同程度的损伤，如表面龟裂、裂缝扩展、钢筋锈蚀等。

为了保证混凝土结构的安全和可靠性，需要对损伤进行及时的修复和加固。

目前，常用的修复方法包括粘贴加固、注浆加固、钢板加固等。

四、混凝土结构在冻融环境下的应用研究1. 冻融循环试验通过冻融循环试验可以模拟混凝土结构在冻融环境下的受力情况，评估其耐久性和使用寿命。

常用的冻融循环试验包括自由膨胀试验、离心模拟试验、真实环境模拟试验等。

2. 混凝土结构的设计和施工混凝土结构在冻融环境下的设计和施工需要考虑冻融循环对结构的影响，采用合适的设计和施工方法，提高混凝土结构的耐久性和使用寿命。

浅析渠道砼衬砌抗冻胀措施

浅析渠道砼衬砌抗冻胀措施摘要本文分析了冻土地区渠道冻胀的基本特征及渠道砼衬砌产生冻胀的原因，提出了防治冻害的几种有效措施。

关键词渠道；砼衬砌；冻胀破坏0 引言渠道的防渗衬砌是起到防渗、降低水量损耗、保护岸坡稳定、提高用水效益的作用，是有效的节水工程措施。

但是，在我国一些季节性冻土地区，各种防渗衬砌渠道，尤其是刚性衬砌渠道，由于冻胀破坏产生的渠道变形、开裂和滑塌现象，严重影响了工程的正常运行和效益的充分发挥，大大降低了渠道的使用寿命。

因此，从渠道的冻胀原因入手，寻求合理的抗冻胀措施，对提高渠道使用寿命有着十分重要的意义。

1 造成渠道砼衬砌冻胀破坏的原因渠道冻胀破坏是由于渠基土受冻体积膨胀顶托衬砌板，从而使衬砌板也承受不均匀冻胀变形的作用，当衬砌体内弯曲应力或剪应力超过一定范围时，便产生衬砌体的冻胀、裂缝鼓起、错位等形式的破坏。

根据施工现场看，造成渠基土受冻引发衬砌不均匀冻胀破坏的原因主要有以下几点。

1.1 土质在一定负气温条件下，当土质中的水发生水分迁移和分凝冰层时会导致土质冻结，进而造成砼衬砌冻胀破坏。

而不同的土质冻结过程中，土质的水分迁移量不同，即土的冻胀敏感性不同。

根据资料说明，土的冻胀敏感性决定于土颗粒的分散性、矿物成分等。

一般随着颗粒粒径减少和分散性增大，其冻胀性也增大。

粒径壤土>砂壤土>重粘土>砂土>砂砾。

1.2 含水率从材料来说，渠道衬砌的材料具有一定的孔隙，其内部所含有一定的水分，在低温下结成冰，体积会发生膨胀，当这种作用引起的应力超过材料强度时，就会使衬砌体表面产生一定数量的小裂缝。

再经过数次的周期性冻融循环，衬砌裂缝的扩展增强了渗漏，加快了基土的冻胀及衬砌的冻胀破坏。

因此，渠基土的含水率是渠道砼衬砌冻害的决定性因素。

渠基土含水率大，冻胀量就大；含水率小，冻胀量就小。

同时，地下水位的埋深也对渠道的冻胀有重要的影响。

有些渠道沿线的地下水位很高，在土壤冻结过程中，地下水将通过毛细管作用不断移向冻锋面，造成强烈冻胀。

混凝土渠道冻胀的原因及其维修措施探讨

混凝土渠道冻胀的原因及其维修措施探讨混凝土渠道工程中对渠道做好冻胀防治工作有利于渠道工程的正常使用，有利于避免水资源的浪费，达到理想的使用效果。

混凝土是现代化工程项目施工中最常见的一种施工材料，其具有强度高、稳定性好、质量好等优点。

但是混凝土在施工过程中容易受到外界环境因素的限制，导致其出现裂缝、冻胀等质量问题，极不利于整个工程的施工质量。

基于此，以下就混凝土渠道冻胀的原因及其维修措施进行探讨分析。

一、混凝土渠道工程防治冻胀的必要性混凝土是现代化工程项目建设与施工中的主要施工材料之一，其具有明显的优越性，但是也不可忽视其缺点，一旦受到外界各种因素的影响，极有可能导致混凝土出现质量问题。

在渠道工程施工过程中，混凝土工程的主要功能是为了避免其出现渗水等情况，但是由于该项工程是在冬季施工，外界温度因素对于混凝土的性能造成了严重的影响，这就导致其发生冻胀现象，防水性能也得不到保证。

这就需要在实际工作中对其进行全面分析与处理，以提高渠道工程的整体性能与防水能力。

二、混凝土渠道工程出现冻胀的原因在处理冻胀现象之前，首先应当对其产生的原因进行全面分析。

造成渠道工程出现冻胀现象的原因主要是由于土体结构中的水分结成冰，此时体积因扩张而导致土壤的颗粒发生位移，此时在受到周边建筑物的影响，导致其产生较大的冻胀力，导致整个建筑物出现变形。

尤其是在寒冷的冬季，地下水同样会收到外界温度的影响，导致其冻胀现象越来越严重。

由此可以看出，造成渠道工程出现冻胀现象主要受到地基土的含水量、地下水的基本特征以及土壤特性等多种因素的影响。

1、设计上的缺陷。

渠底是最易受冻胀破坏的部位。

有些小断面渠道，渠底现浇混凝土板未设计纵缝，因底板两侧受边坡挤压，中部受到拱力作用，无法释放，稍有冻胀或滑坡，底板中部就成为数力集中作用点，可轻易折断，在渠底形成一条长长的裂缝。

渠底未设纵缝的混凝土现浇渠道普遍发生这种破坏，破坏情况往往较严重。

2、细砂垫层含粉土量偏高的情况。

对混凝土渠道衬砌冻胀破坏防护展开综述

对混凝土渠道衬砌冻胀破坏防护展开综述为研究渠道衬砌冻胀破坏的原因，进行2个方面分析，一是减弱或避免渠道衬砌冻胀的发生，二是增强渠道衬砌抗的冻胀能力。

进而提出预防渠道衬砌冻胀破坏的工程措施。

标签：水利；渠道；混凝土衬砌；冻胀；工程措施前言南水北调、引滦入津、引滦入唐、引黄济青、引黄济太、东深供水及引大入秦等大型引水调水工程，均以梯形明渠自流方式送水，这种送水方式能使水与大气、阳光直接接触，具有良好的自净能力。

上述渠道大部分采用混凝土衬砌方式，从避免或减弱渠道衬砌冻胀的发生，以及增强渠道衬砌抗冻胀能力展开混凝土渠道衬砌冻胀破坏防护的叙述。

1、工程背景在引水调水工程管理过程中，解决渠道混凝土衬砌冻胀破坏问题是一项艰巨且繁重的任务。

混凝土渠道衬砌的冻胀破坏的问题十分严重。

混凝土渠道衬砌的冻胀破坏会缩短工程使用寿命、增加维修管理费用、制约工程效益发挥、影响渠道工程运行，并且降低灌区整体性调度效率。

提出预防渠道混凝土衬砌冻胀破坏的工程措施，不仅可以延长渠道工程使用周期，而且可以提高渠道工程的经济效益。

2、分析与讨论2.1从减弱或避免冻胀发生的角度2.1.1为改善渠基土水热耦合作用，采取保温隔热措施利用保温隔热材料导热系数低的性能，将其布设在衬砌体背后，隔绝衬砌体与基床的物质能量交换。

目前除炉渣、泡沫水泥、聚苯乙烯泡沫板等，针对聚苯乙烯泡沫板成本高的情况，新疆研制出一种塑膜软包装膨胀珍珠岩保温层制品，这种保温制品成本低、保温效果好。

辽宁省东港灌区渠道衬砌采用苯板保温措施，研究表明苯板可以明显地减少冻胀量，减少工程投资，值得在北方冻胀区推广应用。

2.1.2 为减弱或避免渠基土的冻胀破坏力，采取渠基土的换填及加固处理措施将风积砂、砂砾石等弱冻胀性土置换渠基土，防止渠道的冻胀变形，同时降低渠道冻胀量，其换填厚度根据土壤类别、地下水水位埋深等因素确定。

2.1.3 为从根本上防止渠道水入渗，采取防渗排水措施为从根本上防止渠道水和渠堤山的地表水入滲、隔断水分对冻结层的补给，并且保证有良好的排水通道，采取防渗排水措施。

大u形混凝土衬砌渠道冻胀破坏的力学模型探讨

大u形混凝土衬砌渠道冻胀破坏的力学模型
探讨
随着冬季的到来，北方地区的水利设施受到了冻胀破坏的威胁。

其中一个主要的问题是大u形混凝土衬砌渠道的冻胀破坏。

为了有效地解决这个问题，需要深入了解混凝土渠道的力学模型。

大u形混凝土衬砌渠道的冻胀破坏一般是由于以下原因造成的：首先，由于温度下降，混凝土的体积会缩小，同时水分也会凝结，并发生冻胀；其次，水在冻结过程中会扩张，从而施加不均匀的力量到渠道内表面，导致表面破坏。

为了解决这个问题，必须建立一个力学模型。

首先，需要考虑混凝土的力学性质。

混凝土是一种弹性材料，其力学性质受到温度和水分的影响。

其次，需要考虑冻结水对渠道的影响。

冻结水会扩张，从而施加不均匀的力量到渠道内表面。

最后，需要考虑渠道建造的方式以及其他环境因素。

基于以上考虑，我们可以建立一个力学模型，其中考虑了混凝土的弹性特性，冻结水的扩张性和环境因素。

这个模型可以预测渠道的表面破坏，以及冻胀破坏的位置和程度。

在预防和解决大u形混凝土衬砌渠道冻胀破坏时，这个模型可以为工程师提供有用的信息。

通过了解渠道表面破坏的位置和程度，工程师可以提前采取措施，防止更严重的破坏发生。

此外，在渠道建造过程中，工程师可以使用这个模型来选择最合适的混凝土类型和建造方式，从而降低冻胀破坏的风险。

综上所述，大u形混凝土衬砌渠道的冻胀破坏是一个复杂的问题，需要综合考虑混凝土的力学特性、冻结水的扩张性和环境因素等多方面因素。

通过建立一个合适的力学模型，可以预测渠道的冻胀破坏情况，提前采取措施，从而保障水利设施的有效运作。

渠道冻胀破坏的原因分析及防治措施

渠道冻胀破坏的原因分析及防治措施在渠道的使用过程中，由于受自然气温的影响，地基土每年都处于冻融两种状态而造成渠道的冻胀破坏简称冻害。

不断的改善渠道冻胀破坏问题，可以有效的加强施工的质量，因此本文主要针对渠道冻胀破坏形成的原因以及对其进行有效的防护措施进行探讨。

标签：渠道冻胀；破坏原因；防治措施1、前言伴随季节的变化，一进入冬季北方地区就进入了寒冷季节。

对于建筑物施工过程在冬季普遍出现的问题就是冻胀问题。

渠道冻胀主要是因为渠基土其受冻体积膨胀顶托衬砌而形成，迫使已经修建的渠道受到影响。

这种渠道冻胀破坏在一定程度上使其使用寿命大大的减少。

2、渠道冻胀破坏的原因2.1土质问题土质在含水量，冷却温度以及其它条件相同时，不同的土质中水分迁移量是不同的。

在粘土特别是极细碎的粘土中，仅有轻微的水分迁移和冰析出而在粉质粘土中可发生最强烈的迁移和冻胀性，因此这种土壤为最具冻害的冻胀性土。

砾石土壤一般认为不具冻胀，但当有更细的充填物时，在冻结时水分迁移反而更剧烈。

2.2水质问题土壤中的水分包括结合水和自由水，自由水又分为重力水和毛细水，产生冻胀的是自由水，而不是结合水。

土壤的含水量是研究冻土内在规律的重要指标，冻土中水分是最活跃的因素，它随深度的不同和季节的变化而不断的改变。

从物理学中可知，液态纯水在标准大气压下温度达到0℃时便会冻结成固态的冰，体积增大9%左右，密度减小8%。

土中的原驻水的含水量不大时，土中水结成冰体积增大，只是降低孔隙率；只有当含水量超过一定界限时，产生土体膨胀，土冻结才能引起地表隆起，这个含水量叫做起始冻胀含水量。

2.3温度问题介質温度愈低，土中水分相变成冰愈多，冻胀愈强。

此外，作用在冻土上的荷载，会减弱水分迁移和冻胀作用。

土体密度大于1.6t/m3时，也可使冻胀明显减弱。

渠道衬砌工程冻害规律一般呈现为，阴坡比阳坡严重，冻结历时长的年份比冻结历时短的年份严重，衬砌体薄而整体性差的冻害更严重，有地下水或外围水补给水分的渠道冻害最严重。

整体式U形渠道混凝土衬砌结构冻胀破坏力学模型

整体式U形渠道混凝土衬砌结构冻胀破坏力学模型
李翠玲;唐少容;王红雨
【期刊名称】《水利水电技术》
【年(卷),期】2015(046)004
【摘要】通过对整体式小型U形混凝土衬砌渠道冻胀破坏特征及原因分析,将结构简化为在法向冻胀力、法向冻结力、切向冻结力和重力共同作用下的超静定两铰拱,应用结构力学原理求解出衬砌板的冻胀力及内力图,结合混凝土板抗裂条件,给出了
最大拉应力、衬砌板厚和抗冻胀破坏验算的公式,并对整体式与两拼式U形衬砌板
冻胀效应进行了比对.结果表明,整体式U形混凝土衬砌渠道由于具有冻胀变形均匀、法向冻胀力小、抗冻胀能力强等特点,优于传统的两拼式U形渠道断面.
【总页数】5页(P148-151,155)
【作者】李翠玲;唐少容;王红雨
【作者单位】宁夏大学土木与水利工程学院,宁夏银川 750021;宁夏正业通工程咨
询有限责任公司,宁夏银川750011;宁夏大学土木与水利工程学院,宁夏银川750021;宁夏大学土木与水利工程学院,宁夏银川 750021
【正文语种】中文
【中图分类】TV314
【相关文献】
1.基于双K断裂准则的U形混凝土衬砌渠道冻胀破坏力学模型研究 [J], 郭瑞;王正中;刘月;刘铨鸿;肖旻;李爽
2.整体式小U形渠道混凝土衬砌结构冻胀破坏数值模拟研究 [J], 温彤;王红雨
3.三板拼接式小型U形混凝土衬砌渠道冻胀破坏力学模型 [J], 唐少容;王红雨
4.模袋混凝土衬砌渠道冻胀破坏力学模型及应用 [J], 刘倩;申向东;薛慧君;刘玉锁
5.两拼式U形渠道混凝土衬砌结构冻胀破坏力学模型 [J], 李翠玲;王红雨
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探析渠道冻胀破坏成因分析及对策措施

探析渠道冻胀破坏成因分析及对策措施摘要：本文是基于新疆地区防渗渠道的主要冻坏类型，并综合应用案例调查、数据分析以及实地调研方法来分析渠道冻胀破坏的类型和成因，在冻坏机理的基础上分析发现，混凝土防渗渠道的冻胀破坏的出现并不是偶然和单方面的，并进一步从渠道的实际建设和防冻角度来提出对应措施。

关键词：新疆地区；混凝土防渗渠道；冻胀破坏；处理措施引言混凝土板衬砌结构是新疆地区水利建设中最主要的一种建设结构，混凝土板衬砌结构优势突出，结构简单、防渗效果显著。

新疆地区是我国较为特殊的一个地区，具有独特的地区特征，冬季天气恶劣，温度异常低，在这种特殊的天气情况下混凝土防渗渠道极容易出现冻胀破坏。

随着经济的发展，新疆地区的水利建设在不断增加，防渗渠道的冻胀破坏形式更加不容乐观，采取积极有效的措施来保护防渗渠道是研究热点问题之一，如何采取有效的防渗渠道来也是建立混凝土渠道的核心点。

一、混凝土防渗渠道冻胀破坏的主要类型析常见的混凝土防渗渠道冻胀破坏类型主要分三种，具体是指防渗渠道混凝土板的冻融破坏、渠道内水体结冰对混凝土板的破坏、渠道基土冻融对混凝土板的破坏。

下面对这三种常见的混凝土防渗渠道冻胀破坏进行分析。

（一）混凝土防渗渠道混凝土板的冻融破坏防渗渠道一般采用的都是薄板结构，这种薄板结构的渠道壁的厚度一般，厚度范围在6—15cm，而防渗渠道的建筑材料的选择也较为普遍，一般是砂石水、水泥、外加剂等材料混合制成。

因而，在防渗渠道的实际建设和应用中很难避免水化作用，渠道管壁上容易出现中空，再加上水流冲击的作用，中空部位往往会出现积水情况。

新疆地区地理位置特殊，天气恶劣，异常寒冷会使得渠道管壁中空的部位因为结冰而出现膨胀，冰的密度大于水的密度，渠道管壁内部受到了挤压，这就改变了渠道原来的结构，挤压严重时，会导致管壁的直接破裂，出现渠道冻胀破坏，一次挤压可能不能造成渠道的破坏，但在多个冬季作用下，挤压破坏的威力积少成多，慢慢的对防渗渠道造成破坏。

现浇混凝土渠道施工期冻胀原因分析

现浇混凝土渠道施工期冻胀原因分析摘要南水北调济南至引黄济青明渠段工程呈东西走向，全长111.26km，其中，混凝土现浇衬砌渠道长76.7km，沿小清河新辟梯形明渠，渠底宽9.1～13.5m，渠内坡1∶2.25，外坡1∶2.0，渠道纵坡1/180南水北调济南至引黄济青明渠段工程呈东西走向，全长111.26km，其中，混凝土现浇衬砌渠道长76.7km，沿小清河新辟梯形明渠，渠底宽9.1～13.5m，渠内坡1∶2.25，外坡1∶2.0，渠道纵坡1/18000，采用全断面现浇混凝土防渗衬砌。

设计流量为50m3/s，加大流量为60m3/s。

渠底采用中粗砂反滤盲沟+透水管逆止排水防扬压，渠底纵向伸缩缝沿输水渠方向布置。

横向伸缩缝垂直于输水渠轴线布置，长度与输水渠横断面轮廓相同，渠底横向伸缩缝每隔3.5m设置一条，渠坡每隔28m设一道横向通缝，其余伸缩缝均为半缝，切缝深度6cm，缝宽均为1cm，渠道衬砌采用C20W8F200素混凝土。

1渠道混凝土衬砌型式及施工工序1.1结构型式明渠段全断面机械现浇高性能混凝土面板防渗渠道，混凝土衬砌结构型式分为两种：型式∶为板下换填砂砾石垫层防冻胀、渠底碎石盲沟逆止排水防扬压;渠道衬砌自下而上铺设10cm厚中粗砂、10cm厚碎石垫层(渠坡碎石垫层为5～30cm)，现浇C20厚20cm高性能混凝土面板。

型式∶为渠坡铺设聚苯乙烯泡沫板、渠底换填碎石垫层防冻胀，渠坡暗管逆止排水防扬压;渠坡衬砌自下而上铺设聚苯乙烯泡沫板保温、PE复合土工膜防渗，现浇8cm厚高性能混凝土;渠底自下而上铺设10cm厚中粗砂、10cm厚矿石垫层，现浇C20厚10cm高性能混凝土板。

1.2机械化衬砌施工工序明渠段渠道主体工程共分9个施工标段，其中1～7标段为全断面混凝土衬砌。

2011年2月18日开工，3月下旬开始渠道试验段衬砌，5月开始渠道衬砌全面施工。

渠道衬砌主要施工工序为：渠床削坡、砂石料铺设及碾压、衬砌机现浇衬砌混凝土、衬砌板养护及割缝。