国家重点实验室开放基金(SKLFSE-201105)
- 作品数：10 被引量：151H指数：8
- 相关作者：王正中肖旻刘铨鸿李爽孙杲辰更多>>
- 相关机构：西北农林科技大学中国科学院更多>>
- 发文基金：国家重点实验室开放基金国家自然科学基金国家科技支撑计划更多>>
- 相关领域：水利工程农业科学建筑科学更多>>
- 高地下水位弧底梯形混凝土衬砌渠道冻胀断裂破坏力学模型及应用被引量：21
- 2015年
- 【目的】在线弹性断裂力学的基础上,对高地下水位弧底梯形混凝土衬砌渠道冻胀断裂破坏力学模型进行研究,为弧底梯形衬砌渠道的设计提供依据。【方法】将高地下水位弧底梯形渠道混凝土衬砌简化为简支梁结构并建立其冻胀力学模型,在考虑材料本身缺陷的基础上结合断裂力学理论,提出了高地下水位弧底梯形渠道冻胀断裂破坏力学模型。运用断裂力学及结构力学等相关理论,考虑法向冻结力的作用,通过适当的简化计算弧底梯形渠道衬砌的相关内力,并提出适用于弧底梯形渠道衬砌的断裂力学破坏准则,利用计算实例对所建立的渠道冻胀断裂破坏力学模型进行验证。【结果】渠道衬砌板的冻胀断裂符合Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的特点,通过建立的弧底梯形渠道混凝土冻胀断裂力学模型,可以计算出渠道阴坡、阳坡、渠底的衬砌板厚度。计算实例证明,所建立的高地下水位弧底梯形渠道冻胀断裂破坏力学模型正确可行、简单实用。【结论】弧底梯形混凝土衬砌渠道优于梯形渠道,是一种冻胀力及冻胀变形较小的结构形式。
- 石娇王正中张丰丽肖旻李爽杨晓松
- 关键词：弧底梯形渠道高地下水位混凝土衬砌冻胀破坏
- 考虑混凝土衬砌板与冻土接触非线性的渠道冻胀数值模拟被引量：62
- 2014年
- 旱寒灌区渠基土中水分在温度梯度作用下向冻结锋面迁移聚集并冻结膨胀,使其上混凝土衬砌板冻胀破坏,以往的线弹性分析方法在数值模拟中将冻土与混凝土衬砌板视为一体,无法反映两者之间的滑移。本文采用符合冻土与混凝土接触面冻结特性的非线性本构模型来合理反映两者的相对滑动及脱离,考虑混凝土的弹塑性及其与冻土的接触非线性,建立能反映混凝土板从弹性到塑性屈服失效过程的渠道冻胀破坏数值模型,并对冻胀过程进行分析。结果表明,未考虑接触非线性的切向冻结力会超过混凝土与冻土最大冻结强度,不符实际;而考虑接触非线性的数值模型更能反映衬砌渠道冻胀破坏过程,更能合理解释渠道冻胀破坏位置在渠底中间和阴阳坡靠近渠底1/3板长处,切向冻结力、法向冻胀力最大值较未考虑接触非线性的要小约50%且分布更均匀。
- 李爽王正中高兰兰刘铨鸿王文杰孙杲辰
- 关键词：渠道冻胀数值模拟
- 开放系统预制混凝土梯形渠道冻胀破坏力学模型及验证被引量：15
- 2016年
- 预制混凝土衬砌渠道在中国北方寒冷地区得到普遍应用,而其在高地下水位条件下的冻胀力学分析尚无简捷、可靠的方法。该文假定渠道基土服从Winkler假设,从而在特定地区相似的土质、气候条件下衬砌板各点的基土冻胀强度仅与相应点的水分补给强度有关,结合冻胀力、基土冻胀率和地下水埋深三者相互间的函数关系,提出了一种计算渠道衬砌冻胀受力分布的方法。将其应用到一类预制板尺寸适中的预制混凝土衬砌梯形渠道中,建立了冻胀破坏力学模型。结合力学分析和工程实践,对预制混凝土衬砌结构可能发生的冻胀破坏形式和原因进行了分类,并确定了相应的冻胀破坏验算控制截面,提出了相应的冻胀破坏判断准则。采用单位荷载法提出了一种对板间接缝处法向冻胀位移进行直接验算的方法。最后,结合工程实例进行了计算,结果表明,模型合理可靠,可为工程设计提供一定的参考和理论依据。
- 肖旻王正中刘铨鸿刘月郭瑞
- 关键词：冻土冻胀力学模型
- 考虑水分迁移及相变对温度场影响的渠道冻胀模型被引量：26
- 2016年
- 冬季渠基冻土中水分迁移及相变产生的巨大潜热对温度场影响显著,由此,该文建立了考虑水分迁移与相变潜热的渠基土体冻胀模型。模型将冻土视为低温膨胀性材料,将相变潜热作为材料的等效热容加入热传导方程中;根据Clapeyron方程和达西定律建立饱和冻土冻结锋面处水分迁移表达式,并以迁移水相变潜热作为热传导方程热源项;采用COMSOL对模型算例求解,与不考虑相变和水分迁移的模型比较发现:相变作用对渠道温度场和变形场影响较大,考虑相变后,冻深推进缓慢,且冻深减小,衬砌板变形整体减小,较不考虑相变的模拟结果更接近实际情况,验证了本模型的合理性,为寒区工程冻胀设计提供参考。
- 刘月王正中王羿刘铨鸿郭瑞肖旻
- 关键词：渠道冻土水分相变水分迁移
- 寒区输水渠道衬砌与冻土相互作用的冻胀破坏试验研究被引量：26
- 2018年
- 寒区输水渠道冻胀破坏直接影响着工程安全及效益发挥,基土冻胀变形及其与结构相互作用共同导致衬砌冻胀破坏发生。采用低温室循环供冷,模型槽底部砂砾石层补水,设计衬砌渠道低温冻胀模型试验,研究渠基土体的温度场、水分场、变形场和衬砌位移之间动态耦合规律,对比观测了冻融试验前后渠基土横剖面物理性状的变化。研究表明：引起基土冻胀变形的水分迁移量及结冰量受温度梯度、冻结速率控制,也受土体初始含水率的制约;渠道断面形状影响渠道的温度边界和热传导,使各部位冻结速率及冻胀变形不一致。渠基土冻结过程中兼有冻胀和挤密,土体受挤压程度同样受渠道衬砌及断面形状的影响,土体内应力复杂。渠基土冻胀与衬砌位移不协调,导致渠底衬砌与土体脱空且偏心受拉。土体冻结时与衬砌间形成接触分凝冰层,传递作用力;温升融化时,接触分凝冰层消融,表层土体强度丧失,造成渠坡滑动失稳破坏和衬砌结构大面积的滑塌。
- 王羿王正中刘铨鸿肖旻
- 关键词：衬砌渠道冻胀破坏水热力耦合
- 基于TCR传热原理的混凝土复合保温衬砌渠道防冻胀效果研究被引量：13
- 2015年
- 中国北方寒冷地区广泛采用保温措施进行渠道防冻胀,在苯板保温防冻胀设计中铺设厚度一般根据半理论半经验确定,并没有考虑衬砌板与保温板接触热阻及交错布置对保温性能与削减冻胀的影响。该文依据固体材料接触热阻(thermal contact resistance,TCR)原理与压力相关的传热本构模型,提出了混凝土复合保温衬砌新型式。通过ABAQUS有限元软件采用热力耦合模拟将其与普通型式的苯板保温渠道进行比较。结果表明:与普通保温衬砌渠道相比,外界负温时,复合保温衬砌的保温及消减冻胀力效果显著。理论上复合保温衬砌冻胀量消减40%以上,法向冻胀力减少66%,切向冻结力减小58%。对寒区衬砌渠道保温防冻胀设计提供了相应的理论参考。
- 郭瑞王正中牛永红刘铨鸿王羿
- 关键词：混凝土衬砌保温EPS保温板TCR复合保温防冻胀
- 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被引量：2
- 2015年
- 为探讨U形渠道衬砌的冻胀断裂力学模型,采用有限元软件简化模拟混凝土衬砌板初始裂缝扩展,并结合线弹性断裂力学的双应力强度因子的混凝土双K断裂破坏准则,建立了冻胀力与冻结力共同作用下的U形渠道混凝土衬砌板冻胀断裂力学模型。根据混凝土双K断裂准则与冻胀条件下的混凝土衬砌力学模型,计算了U形渠道各部位混凝土衬砌板在初始裂缝扩展情况下,混凝土衬砌板冻胀断裂破坏的临界厚度。通过实例计算,验证了此双K断裂准则下的混凝土渠道衬砌冻胀力学模型具有一定的实际应用价值,为以后的U形混凝土衬砌渠道抗冻胀设计提供了合理的理论参考。
- 郭瑞王正中刘月刘铨鸿肖旻李爽
- 关键词：双K断裂准则混凝土衬砌冻胀
- 反演梯形渠道砼衬砌体表面温度的太阳辐射模型被引量：2
- 2013年
- 根据渠道不同部位衬砌体表面接受太阳辐射量不同、温度不同的基本规律,利用太阳辐射量之间相互平衡的关系,建立了通过太阳净辐射反演渠道衬砌体表面温度的一种简单实用的太阳辐射模型。利用MATLAB编程计算出了考虑遮蔽情况下渠道不同部位的大气温度T0及衬砌板温度TS随时间t变化的曲线,比较了各个部位混凝土温升与大气温升的关系。计算实例表明,模型不仅符合实际中的规律,而且为以后的渠道表面衬砌体温度反演提供了一种简单可行的方法。
- 孙杲辰王正中李爽杨晓松肖旻安元
- 关键词：太阳辐射MATLAB净辐射
- 梯形渠道砼衬砌体冻胀破坏断裂力学模型及应用被引量：38
- 2013年
- 在线弹性断裂力学的基础上,运用已有的渠道砼衬砌冻胀结构力学模型,考虑各种冻胀力的作用,通过合理的假设和简化,将砼衬砌板断裂看作是(Ⅰ+Ⅱ)复合型(张拉型+剪切型)裂纹的扩展问题,提出了适用于渠道混凝土衬砌板的冻胀断裂力学破坏准则,建立了渠道阴坡、阳坡和渠底3个不同位置砼衬砌板的冻胀断裂力学模型及砼衬砌板厚度设计方法。运用渠道砼衬砌体冻胀断裂力学模型不仅可以计算出阴坡、阳坡和渠底的砼衬砌板厚度,而且实例应用表明,通过渠道砼衬砌冻胀断裂力学模型指导渠道砼衬砌体设计是一种符合实际工程简单实际有效的方法。
- 孙杲辰王正中王文杰李爽肖旻安元
- 关键词：渠道衬砌
- 季节冻土区衬砌渠道换填措施防冻胀数值模拟被引量：16
- 2013年
- 为了防治季节冻土区衬砌渠道的冻胀破坏，对渠基易冻胀土体进行换填的防冻胀措施效果进行研究，考虑实际边界条件，建立浅层冻土相变温度场数学模型，应用有限元软件对沈阳市浑北灌区渠道进行不同换填深度的热力耦合分析，结果表明：渠道阴坡、渠底、阳坡表面下1．670 m、1．128 m、1．547 m处为冻融活动区；换填厚度与冻深近似呈正比关系；随着换填深度的增加，砼衬砌渠道的法向冻胀量减少；渠道阴坡、阳坡及渠底的换填率分别为53．9％、58．2％、79．8％时，砼衬砌板的法向位移分别减少96．9％、95．54％、96．83％；法向位移0．6～0．7 cm，在规范允许值（0．5～1．0 cm）内，有效地消减了渠道的冻胀破坏，可为工程换填优化设计提供理论参考。
- 王文杰王正中李爽孙杲辰
- 关键词：渠道衬砌冻胀数值模拟换填法
