基于广义Winkler弹性地基梁理论的梯形渠道冻胀力学模型

作     者：龚嘉玮 王正中 江浩源 梁爽 郑艾磊 陆立国 GONG Jiawei;WANG Zhengzhong;JIANG Haoyuan;LIANG Shuang;ZHENG Ailei;LU Liguo

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 中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 宁夏回族自治区水利科学研究院宁夏银川750021 

基　　金：国家自然科学基金项目(U2003108 51279168) 国家重点研发计划“水资源高效开发利用”重点专项(2017YFC0405103) 冻土工程国家重点实验室开放基金项目(SKLFSE201801) 陕西省水利发展资金科研项目(2021slkj-1)资助 

出 版 物：《冰川冻土》 (Journal of Glaciology and Geocryology)

年 卷 期：2022年第44卷第5期

页      码：1593-1605页

摘      要：寒区渠道衬砌冻胀破坏现象普遍,而渠道的防冻工程设计大多依赖工程实践经验和定性认识,具有一定的随意性和盲目性,对衬砌结构所受的冻胀力计算缺乏简明、合理的方法。考虑冻土与衬砌的相互作用和冻土地基的连续性,基于广义Winkler地基梁理论并结合有限差分法,推导了渠道衬砌板冻胀挠曲线微分方程,建立了梯形渠道冻胀力学模型,给出了衬砌渠道法向冻胀力及切向冻结力的计算方法。同时,考虑渠道衬砌冻胀破坏的极限承载力以及冻胀过程中坡脚上抬位移对实际冻胀力的削减和释放效应,避免了冻胀力及衬砌结构内力计算值过大。为验证模型的合理性,以甘肃省靖会总干渠梯形渠道为研究对象,对其进行冻胀破坏计算。结果表明:模型由于考虑了衬砌结构与冻土间的相互作用,渠道衬砌板法向冻胀力呈非线性分布,修正了工程力学模型线性分布假设;与工程力学模型相比,冻胀力数值在坡脚处增大、跨中减小、底板上增大,计算结果更符合工程实际。研究提出的冻胀力学模型科学合理,简便快捷,具有更好的通用性,可为寒区渠道的抗冻胀设计提供参考。

主 题 词：渠道 冻胀 力学模型 广义Winkler地基梁 有限差分法 

学科分类：07[理学] 08[工学] 0815[工学-矿业类] 0705[理学-地理科学类] 070501[070501] 

核心收录：

D　O　I：10.7522/j.issn.1000-0240.2022.0140

馆 藏 号：203115499...