基于弹性薄层接触模型研究衬砌渠道双膜防冻胀布设

摘要：

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0.2 cm,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.

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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分类号：TV67;TV146+.3;S277(水利枢纽、水工建筑物)

资助基金：国家重点研发计划"水资源高效开发利用"重点专项2017YFC0405102;冻土工程国家重点实验室开放基金SKLFSE201801;十二五科技支撑计划2012BAD10B02;中央高校科研业务费科技创新专项Z102021848、Z109021807

在线出版日期：2019-08-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：133-141