本文關(guān)鍵詞：考慮水分相變的渠道凍脹數(shù)值模擬研究

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【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展,水資源供需矛盾日益突出,發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)勢(shì)在必行。為提高灌溉水的利用率,我國(guó)修建了大量的混凝土襯砌渠道。但在我國(guó)廣大的季節(jié)性凍土區(qū),由于冬季氣溫低,渠基土的凍脹變形導(dǎo)致很多襯砌都出現(xiàn)裂縫,甚至整體遭到破壞。因此,開展渠道凍脹機(jī)理以及襯砌破壞過(guò)程的研究,對(duì)渠道襯砌持續(xù)發(fā)揮效益具有十分重要的意義。論文從渠基土質(zhì),溫度條件,水分條件和受力條件四個(gè)方面對(duì)渠道襯砌凍脹破壞進(jìn)行分析總結(jié),研究了渠道凍害防治措施�；谟邢拊碚�,運(yùn)用ABAQUS軟件對(duì)渠基土溫度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬,對(duì)梯形渠道進(jìn)行了考慮古德曼接觸的渠道凍脹熱應(yīng)力分析,得出如下主要結(jié)論:(1)基于中國(guó)自然資源數(shù)據(jù)庫(kù)(1950~1980)的數(shù)據(jù),確定了溫度和太陽(yáng)輻射邊界條件。這種基于平均情況進(jìn)行的模擬,較好地反映自然環(huán)境因素對(duì)渠基土溫度場(chǎng)的影響。經(jīng)數(shù)值計(jì)算,得出了不同月份的典型渠道渠基土溫度場(chǎng)分布圖和0溫線位置圖。結(jié)果表明,在渠基土邊界,由于太陽(yáng)輻射的不同造成陰陽(yáng)坡溫度分布產(chǎn)生差異;在渠基土內(nèi)部,考慮了水分相變時(shí)凍結(jié)鋒面有一定的滯后作用,模擬計(jì)算的凍深能夠更好地與典型地區(qū)的多年平均凍深相吻合。(2)在渠基土和混凝土襯砌板的接觸部位設(shè)置古德曼接觸單元,建立有限元模型,較好模擬了渠混凝土襯砌板與渠基土的相對(duì)滑移與相互擠壓,經(jīng)與不考慮接觸的凍脹模型計(jì)算結(jié)果對(duì)比,發(fā)現(xiàn)渠道法向凍脹力最大值下降了30%,切向凍結(jié)力最大值下降了40%,原因是設(shè)置接觸的模型在受力變形過(guò)程中因產(chǎn)生滑移而釋放能量,減小了因變形而產(chǎn)生的應(yīng)力。(3)切向凍結(jié)力在距離坡腳約1/3的渠坡處為零,向兩邊逐漸增大,成為坡板的薄弱處,在法向凍脹力的作用下,導(dǎo)致此處最易受到凍脹破壞,驗(yàn)證了渠道襯砌往往在1/3的渠坡處出現(xiàn)裂縫的實(shí)測(cè)結(jié)果。(4)渠道底板中部的法向凍脹量最大,而切向凍結(jié)力基本為零,必然會(huì)產(chǎn)生懸空而使此處成為最薄弱處,很好的解釋了渠道底板中部最易受到破壞的現(xiàn)象。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TV698.26

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