考虑冰盖生消和冰-结构-冻土协同作用的渠道弹性地基梁模型

作     者：葛建锐 牛永红 王正中 谭志翔 张春洋 王羿 GE Jianrui;NIU Yonghong;WANG Zhengzhong;TAN Zhixiang;ZHANG Chunyang;WANG Yi

作者机构：西北农林科技大学旱区寒区水工程安全研究中心旱区农业水土工程教育部重点实验室陕西杨凌712100 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 南京水利学科学研究院岩土工程研究所江苏南京210024 

基　　金：国家重点研发计划项目(2017YFC0405103) 国家自然科学基金项目(U2003108,51279168) 冻土工程国家重点实验室开放基金项目(SKLFSE201801) 江西省教育厅科学技术研究项目(GJJ190621) 

出 版 物：《水利学报》 (Journal of Hydraulic Engineering)

年 卷 期：2021年第52卷第2期

页      码：215-228页

摘      要：冰-冻破坏是寒区冬季输水渠道结构破坏的主要原因,而目前尚缺乏准确的分析方法和评价准则。本文从冰盖生消过程中结冰初期、流冰期和封冻期3个阶段衬砌结构冰冻破坏机理出发,考虑在冰-结构-冻土协同作用下,基于弹性地基梁Winkler理论推导了衬砌结构的挠曲线微分方程,分别建立了3个阶段衬砌结构的冰冻破坏力学模型,并结合相应荷载组合和边界条件对模型求解获得了衬砌结构的挠度、内力和应力的解析表达。应用该模型对南水北调京石段某输水渠道进行冰冻破坏分析计算,结果表明:结冰初期、流冰期和封冻期3个阶段衬砌结构的法向冻胀位移最大值分别为10.62、13.89和5.05 cm,对应3个阶段衬砌结构的截面最大拉应力分别为3.63、4.11和2.05 MPa,且破坏位置均在冻结区坡板的中下部,与现场监测渠道冰冻破坏分布规律吻合。据此,建议寒区冬季输水渠道控制运用中应尽量缩短结冰初期、流冰期时间,延长第3阶段稳定封冻期时间,同时应合理控制地下水位和冰盖厚度。研究结果可为寒区冬季输水渠道抗冰冻设计提供理论依据和分析方法。

主 题 词：衬砌渠道 冰盖-结构-冻土协同作用 冰-冻荷载 弹性地基Winkler理论 挠曲线微分方程 

学科分类：0710[理学-生物科学类] 081504[081504] 0808[工学-自动化类] 08[工学] 0807[工学-电子信息类] 0815[工学-矿业类] 0802[工学-机械学] 0801[工学-力学类] 

核心收录：

D　O　I：10.13243/j.cnki.slxb.20200558

馆 藏 号：203102570...