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灌排两用渠道刚柔耦合衬护结构力学分析 　　 　　摘要：通过对高地下水位区灌排渠道滑塌、冻胀破坏成因分析，本文对刚柔耦合衬护结构进行了在重力、滑动力（抗滑力）、冻胀力（冻结力）等作用下的简单力学分析，为工程实践提供有利的力学依据。 　　关键词：灌排渠道；冻胀破坏；衬护结构；力学分析 　　Abstract: based on the high ground water area irrigation and drainage channel slump, frost heaving damage cause analysis, the paper on the coupling line can protect structure in the gravity, the slippery power (sliding resistance), freezing expansion force (freeze force) under the action of simple mechanical analysis, to engineering practice with favorable mechanics basis. 　　Keywords: irrigation and drainage channel; Frost heaving destruction; Lining the structure; Mechanics analysis 　　中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号： 　　引言 　　高地下水位区灌溉渠道因其特殊的水文地质条件造成渠床地下水外渗溢出点位于渠底以上,或高于渠水位,渠道运行条件极为复杂。许多工程采用传统的混凝土衬砌，使大量的渗积水难以外排，边坡冻胀滑塌破坏严重，工程寿命缩短。目前,对高地下水位区灌溉渠道的衬护,人们对渠道特有的复杂运行条件认识不够, 长期以来,工程实践中对高地下水位区灌溉渠道的衬护,缺乏简捷有效且经济适用的方法。因此，对灌排两用渠道刚柔耦合衬护结构的力学研究非常必要。为此,本文将在前人研究基础上进一步研究。 　　1 灌排渠道滑塌、冻胀破坏特征及原因分析 　　导致高地下水位灌溉输水渠滑塌破坏的主要因素有:冻胀与冻融破坏,冬季地下水位较高时,渠床土壤大部分处于饱和状态,在强烈的冻胀力作用下,使衬砌体鼓胀隆起。同时,冻融的反复循环,使渠床土壤质地和结构发生变化,土质疏松,抗剪强度指标下降,解冻后渠坡发生滑塌。碱胀破坏,地下水或渠床土体中的钠离子具有离散作用,硫酸盐离子具有盐胀作用,盐分结晶体膨胀,土体经几次晶胀,最终成为松散体。晶胀量随含盐量增大而增大。同时,盐离子的存在,影响了土壤的液限、塑限,在较小的含水量情况下土体就会出现稀化状态,抗剪强度大大降低。地下水渗蚀破坏,地下水具有一定的水力梯度,形成一定的渗透力,???加了边坡土体的下滑力,同时渗水产生冲蚀,使浸润线以下部分的坡脚塌入渠中,相邻的上部土体也因失去支撑而相继滑下。渠道时断时续的输水运行方式和动水工作状态会使渗蚀滑塌加剧,滑塌现象由局部和不连续变为较大范围和连续的滑塌。地下水浸湿软化,地下水位以下边坡土体长期浸水处于饱和状态,土体物理力学指标降低,抗滑能力下降。 　　2 衬护结构的力学分析 　　2.1 边坡稳定性分析 　　衬护后边坡的稳定性是用重力与地下水的作用力以及衬护结构的支护作用形成的抗滑力与滑动力来判定的。边坡渗流溢出线以下的边坡表面层单位土体力的极限平衡方程式为: 　　 （1） 　　式中:N为衬护体自重产生的垂直坡面的压力;r′为边坡土体浮密度(g/cm3); 为水的密度(g/cm3);Ic为临界水力坡降; 为流线与水平线的夹角; 为边坡坡角; 为土体内磨擦角; 为衬砌体与坡面土体的内磨擦角。 　　取边坡渗流逸出处单位土体,据受力条件,其滑动力和抗滑力分别为: 　　滑动力=（2） 　　抗滑力= （3） 　　 　　渠道停止输水后,边坡渗流坡降较大,对边坡稳定最不利。 　　2.2渠坡空心构件和渠底衬护构件的分析 　　在计算之前,首先对冻土及渠道做如下假设: 　　（1)冻土及衬砌混凝土框架均为线弹性材料,可应用迭加定理; 　　（2）渠床土冻结前已固结完成，不计冻土的压缩效应； 　　（3)冻土的弹性模量远小于混凝土的弹性膜量冻土不参与衬护板的弯曲变形,只对衬护板施加冻胀力,并提供被动冻结约束; 　　（4)渠坡空心衬护构件与渠底衬护构件连接处，渠坡坡脚处法向冻胀力与渠底坡脚处法向冻胀力数值相等; 　　（5)就渠边坡段和渠底段而言,近似为单向冻结,不考虑沿渠道段面周长方向的冻结影响; 　　（6)渠底衬护构件两端受渠坡空心衬护构件铰性约束,法向冻胀力沿弧长均匀分