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北疆白砂岩与泥岩的土水特征曲线及渗透曲线实验研究 被引量：10
1
作者 谭志翔 王正中 +3 位作者 葛建锐 江浩源 刘铨鸿 孟晓栋 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第S01期229-233,共5页
中国北疆地区大型渠道基土多为白砂岩和泥岩,其水力特性决定着渠道结构病害的形成与发育。为此以新疆阿勒泰北屯灌区的白砂岩、泥岩为研究对象,测试其物理力学和抗渗各项指标;根据非饱和土理论,采用滤纸法得到其土水特征曲线,并基于Gard... 中国北疆地区大型渠道基土多为白砂岩和泥岩,其水力特性决定着渠道结构病害的形成与发育。为此以新疆阿勒泰北屯灌区的白砂岩、泥岩为研究对象,测试其物理力学和抗渗各项指标;根据非饱和土理论,采用滤纸法得到其土水特征曲线,并基于Gardner模型、Van Genuchten模型和Fredlund&Xing模型对土水特征曲线进行参数拟合并分析其持水特性;结合其土水特征曲线进一步采用Childs&Collis-Geroge模型研究了其非饱和渗透曲线。试验结果表明:白砂岩、泥岩具有膨胀性且为低渗透性土体。白砂岩抗剪强度高、压缩性低。白砂岩、泥岩土水特征曲线拟合效果最好的分别是GA模型、VG模型,泥岩较白砂岩的持水性能更好。相对渗透系数随基质吸力增加而急剧降低,一定基质吸力范围内两者在双对数坐标系中呈直线型曲线。 展开更多
关键词 白砂岩与泥岩 土水特征曲线 滤纸法 基质吸力 渗透系数
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基于弹性薄层接触模型研究衬砌渠道双膜防冻胀布设 被引量：10
2
作者 王羿 王正中 +1 位作者 刘铨鸿 刘月 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期133-141,共9页
渠道衬砌下双膜防渗层可解除渠基土冻结力,释放衬砌结构位移以适应不均匀冻胀,但会影响衬砌结构的刚度与稳定性。为研究最佳双膜防渗层布设形式及其适应性,考虑双膜防渗层接触本构及衬砌结构与渠基土的相互作用,依据基土水热力三场耦合... 渠道衬砌下双膜防渗层可解除渠基土冻结力,释放衬砌结构位移以适应不均匀冻胀,但会影响衬砌结构的刚度与稳定性。为研究最佳双膜防渗层布设形式及其适应性,考虑双膜防渗层接触本构及衬砌结构与渠基土的相互作用,依据基土水热力三场耦合理论建立了寒区衬砌渠道的冻胀模型,通过数值模拟仿真分析了不同断面及不同双膜防渗层布设形式的弧底梯形渠道衬砌的冻胀受力与变位。结果表明:宽浅断面渠道采用双膜衬砌结构时,膜间摩擦力过小造成刚度和稳定性严重降低以及衬砌拉应力增加。适当的膜间摩擦力可以解除部分冻结约束,调整局部不均匀冻胀,而且发挥弧底反拱作用不产生拉应力。采用PE膜与无纺布作为层间接触的双膜衬砌结构,冻胀位移方差减小25%,同时整体位移增加不超过0.2cm,削减冻胀应力50%以上。在不显著降低结构整体稳定性前提下,其整体刚度和结构强度提高程度最大,故同时适用于窄深渠道和宽浅渠道。研究为寒区衬砌渠道中双膜防渗层的合理布设提供科学依据。 展开更多
关键词 渠道 膜 防冻 冻胀破坏 双膜防渗层 水热力耦合 冻胀模型 接触本构
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冰盖输水衬砌渠道冰冻破坏统一力学模型 被引量：29
3
作者 葛建锐 王正中 +4 位作者 牛永红 王羿 肖旻 刘铨鸿 江浩源 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期90-98,共9页
随着城市供水与生态需水要求的提高,寒冷地区输水渠道冬季运行成为常态,目前冬季运行渠道抗冰冻破坏尚无评价准则与结构设计方法。针对此,基于冬季不输水渠道衬砌结构冻胀破坏的弹性地基梁模型,考虑冰推力、冰约束及渠基土冻胀力对结构... 随着城市供水与生态需水要求的提高,寒冷地区输水渠道冬季运行成为常态,目前冬季运行渠道抗冰冻破坏尚无评价准则与结构设计方法。针对此,基于冬季不输水渠道衬砌结构冻胀破坏的弹性地基梁模型,考虑冰推力、冰约束及渠基土冻胀力对结构的共同作用,在结构破坏的极限平衡状态下,推导得到冬季输水渠道冰盖运行工况下衬砌结构内力计算、应力计算及抗裂准则的解析表达式。通过静冰荷载影响系数、静水压力影响系数和冰冻荷载耦合系数的变化,可统一冬季有无冰盖输水及停水3种典型工况下衬砌结构内力、应力分布计算,进一步提出寒区衬砌渠道冰-冻破坏统一力学模型。以新疆某梯形渠道为研究原型,通过对衬砌坡板内力、应力及冰拔力计算分析,得到冰-冻破坏截面位置和各截面受力的分布规律。对无冰盖输水、带冰盖输水和无冰盖不输水3种典型梯形渠道力学模型进行内力计算对比分析表明,截面最大拉应力极大值分别为4.186、2.447和2.208 MPa,冬季无冰盖输水渠道冰冻破坏最严重(控制工况),无冰盖不输水冰冻破坏最轻,而冰盖运行介于两者中间,三者冰冻破坏规律差异较大。因此,在冬季输水衬砌渠道抗冰-冻设计中建议综合考虑3种典型工况,并按其破坏规律和力学模型进行安全性评价。 展开更多
关键词 渠道 冰冻 模型 冬季输水 衬砌渠道 冰盖
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联合Winkler-Pasternak模型的冬季输水梯形渠道冻胀力学分析 被引量：5
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作者 肖旻 祝婉玲 +4 位作者 王正中 吴浪 杨晓松 崔浩 葛建锐 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期88-95,共8页
为克服现有冬季输水梯形渠道冻胀力学模型未充分考虑冻结区与水下非冻结区差异,以及未考虑土体连续性的不足,该研究根据冻土与非冻土剪切刚度的不同,冻结区采用Pasternak双参数弹性地基梁模型,而非冻结区采用Winkler模型,综合Pasternak... 为克服现有冬季输水梯形渠道冻胀力学模型未充分考虑冻结区与水下非冻结区差异,以及未考虑土体连续性的不足,该研究根据冻土与非冻土剪切刚度的不同,冻结区采用Pasternak双参数弹性地基梁模型,而非冻结区采用Winkler模型,综合Pasternak模型考虑土体连续性及Winkler模型易于求解、所需参数少的优点,提出联合Winkler-Pasternak模型的冬季输水梯形渠道冻胀力学分析方法。以新疆玛纳斯河流域某冬季输水梯形渠道为例,计算渠坡衬砌板法向变形,并将本文模型、Winkler模型、Pasternak模型计算结果与观测值进行了对比分析,最后计算了衬砌板截面弯矩及上表面应力分布。结果表明:衬砌板法向变形可分为冻胀段、沉降段及冻胀-沉降过渡段三个部分,三种模型计算结果均能较好地反映衬砌板法向位移基本变化趋势,且本文模型计算结果与实测值更加接近,表明了模型合理性。衬砌板易开裂位置位于冻土区距离水位线10.0%~23.3%坡板长处,与工程实际相符。该研究可为寒区冬季输水梯形渠道抗冻胀设计提供科学参考与理论依据。 展开更多
关键词 冻土工程 渠道 冻胀 冬季输水 力学模型 Winkler-Pasternak模型
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差异冻胀条件下双参数地基梯形渠道冻胀变形的计算模型 被引量：3
5
作者 肖旻 杨晓松 +3 位作者 王正中 吴浪 崔浩 席琛 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第17期129-139,共11页
衬砌冻胀变形便于监测且易于控制,成为《渠系工程抗冻胀设计规范SL23-2006》明确提出的渠道抗冻胀设计控制指标,但规范没有提供差异冻胀变形的具体计算方法。为便捷、合理计算差异冻胀条件下衬砌结构冻胀变形,在现有研究基础上,考虑渠... 衬砌冻胀变形便于监测且易于控制,成为《渠系工程抗冻胀设计规范SL23-2006》明确提出的渠道抗冻胀设计控制指标,但规范没有提供差异冻胀变形的具体计算方法。为便捷、合理计算差异冻胀条件下衬砌结构冻胀变形,在现有研究基础上,考虑渠道断面各点地下水位逐点不同及渠基冻土受力变形的连续性,基于双参数冻土地基理论构建了差异冻胀条件下寒区梯形渠道冻胀变形与内力计算模型。以甘肃省靖会总干渠为算例,将该模型退化为均匀冻胀条件下的Winkler模型并进行对比分析,结果表明传统Winkler模型可视为该研究模型的特殊情形。以新疆塔里木灌区某梯形渠道为原型,用幂级数方法对该研究模型进行求解,并与材料力学法、Winkler模型计算值及观测值进行了对比分析。结果表明:应用该研究模型、传统Winkler模型、材料力学方法计算的冻胀变形与观测值的平均相对误差分别为4.31%、9.23%、17.45%,均方根误差分别为0.17、0.29、0.47 cm。可见与材料力学法、传统Winkler模型相比,考虑冻土-衬砌相互作用及冻土中剪力扩散的双参数地基模型能更好地反映差异冻胀条件下梯形渠道的力学行为,计算值与观测值更加一致。通过把形式多样的渠基土自由冻胀量分布统一展开成幂级数形式,可以有效提高模型对不同复杂基土差异冻胀模式的通用性。研究为差异冻胀条件下寒区梯形渠道冻胀力学分析提供了一种有效的计算模型。 展开更多
关键词 渠道 模型 土壤 冻土 双参数地基 差异冻胀
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基于双参数弹性地基梁理论的梯形渠道冻胀力学模型 被引量：14
6
作者 肖旻 王正中 +3 位作者 吴浪 杨晓松 崔浩 葛建锐 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第14期71-78,共8页
为克服已有梯形渠道弹性地基梁模型未考虑土体连续性及需要预先假定切向冻结力分布的不足,该研究在Winkler模型的基础上,用土弹簧的伸缩来描述法向冻胀力与法向冻结力,引入剪切层和接触界面层构建了梯形渠道双参数冻土地基梁模型。通过... 为克服已有梯形渠道弹性地基梁模型未考虑土体连续性及需要预先假定切向冻结力分布的不足,该研究在Winkler模型的基础上,用土弹簧的伸缩来描述法向冻胀力与法向冻结力,引入剪切层和接触界面层构建了梯形渠道双参数冻土地基梁模型。通过引入剪切层考虑土弹簧间的相互作用,引入接触界面层把切向冻结力计算纳入模型中一体化求解。以甘肃省靖会总干渠梯形渠道为例,计算了衬砌板法向冻胀位移,并将计算值与Winkler模型、有限元法计算结果及试验值进行对比分析,最后对衬砌板各点切向位移及切向冻结力分布进行计算。结果表明:本文模型计算值与Winkler模型、有限元法计算结果的总体变化趋势一致,且与试验值更加接近,当剪切系数g=0时双参数模型则退化为Winkler模型,验证了模型合理性;衬砌板各点切向位移及切向冻结力呈非线性分布,且随切向刚度增大,各点切向位移总体呈减小趋势,与实际相符。本研究可为梯形渠道抗冻胀设计提供参考。 展开更多
关键词 冻土工程 渠道 冻胀 弹性地基梁 双参数模型
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