复合土工膜老化及缺陷对南水北调输水渠坡稳定性的影响分析-建筑与土木工程专业论文.docxVIP

PAGE PAGE III 目 录 第 1 章 绪论 1 1.1 研究意义 1 1.2 项目研究现状 2 1.2.1 复合土工膜老化及缺陷的原因、影响因素及规律 2 1.2.2 复合土工膜老化试验研究 4 1.2.3 复合土工膜老化及缺陷模型研究现状 7 1.2.4 土工膜数值分析研究现状 10 1.3 本论文研究内容 12 第 2 章 南水北调中线工程复合土工膜应用情况 13 2.1 南水北调中线工程水文地质情况 13 2.2 南水北调中线工程复合土工膜施工应用及存在的问题 14 2.3 南水北调工程老化试验及相关预测模型 18 第 3 章 复合土工膜温度场的模拟 20 3.1 热传导的基本原理 20 3.1.1 热分析的概述 20 3.1.2 热传导的基本微分方程 20 3.1.3 温度场的边界条件 21 3.2 气温与温度 21 3.3 土基地温估计 22 3.4 温度场数值模拟分析过程 23 3.4.1 计算范围及模型 23 3.4.2 边界条件 25 3.4.3 不同工况下的温度场模拟 25 3.5 小结 28 第 4 章 复合土工膜未老化及老化对输水渠坡浸润线和安全的影响分析 29 4.1 数值模拟分析的基本过程 29 PAGE PAGE IV 4.1.1 计算范围及边界条件 29 4.1.2 有限元分析模型及本构关系 30 4.1.3 初始地应力场 32 4.1.4 渗流与应力耦合作用分析方法 33 4.2 复合土工膜未老化及老化时的浸润线分析 34 4.2.1 正常水位下复合土工膜未老化浸润线分析 34 4.2.2 正常水位下考虑复合土工膜老化浸润线分析 35 4.3 复合土工膜未老化及老化时的拉力分析 36 4.3.1 正常水位下复合土工膜未老化情况的拉力分析 36 4.3.2 正常水位复合土工膜老化情况下的拉力分析 36 4.4 复合土工膜未老化及老化时的稳定性分析 37 4.4.1 正常水位土工膜未老化情况下稳定性分析 37 4.4.2 正常水位考虑土工膜老化下（不同时间下）稳定性分析 38 4.5 小结 39 第 5 章 复合土工膜施工缺陷下对输水渠坡浸润线和安全的影响分析 40 5.1 复合土工膜的缺陷分析及模型建立 40 5.1.1 复合土工膜的缺陷分析 40 5.1.2 复合土工膜的缺陷有限元模型 41 5.2 复合土工膜缺陷对输水渠坡浸润线的影响 42 5.3 复合土工膜缺陷时的拉力分析 43 5.4 复合土工膜缺陷对输水渠坡稳定性的影响 45 5.5 小结 46 第 6 章 结论与建议 48 6.1 主要结论 48 6.2 建议 49 致 谢 50 参考文献 51 1 1 1 第 1 章 绪论 1.1 研究意义 南水北调工程作为我国历史以来首次规模宏大的水资源调配工程，它包括 东线、西线、中线，构成了输水工程的总体布局。其中，东线的源头位于长江 下游，通过水渠输送到烟台、威海，解决了我国华北地区的用水问题。西线由 雅砻江、通天河、大渡河三条引水线组成，解决西北地区水资源问题。中线则 直接由长江的支流丹江口调水输送到北京。输水河道和蓄水工程是东线的主要 输水工程；而中线工程由于地理位置的独特优势，可基本实行自流输水，通过 干渠引水至北京；隧洞穿过巴颜喀拉山。由此可见，在调水工程中渠道作为主要调水构筑物是必 不可少的。据统计，南水北调中线干线一期工程大部分为全填、半挖半填和全 挖土质渠道，少部分为土岩结合及石方渠道。其中，输水总干渠（含天津干渠） 全长达 1432km，明渠总长约占 1086km，全填方渠道长 66.30km，半挖半填渠道 占据主要部分，长 553.96km，全挖方渠道长 465.74km。渠道的功能主要是输送 水，因此，渠道必须采用防渗措施，特别是在膨胀土、黄土地区的渠道，另外 渠道的防渗效果处理对防渗起至关重要的作用。目前，国内应用的复合土工膜 是由土工织物与土工膜经过热复合而成，成为一种新的防渗材料。土工织物具 有强度高、表面摩擦系数大、抗滑性能好，并且施工简单，质量性能好，工效 高等优点，而土工膜在正常情况下基本不透水。两者结合之后，复合土工膜具 有抗拉强度高、抗撕裂、顶破性能高好，并且其变形及延伸性能好，具有抗酸 碱腐蚀，渗透系数低等优点。所以，作为一种新型的防渗材料，复合土工膜在 渠道防渗中得到了广泛的应用。 虽然复合土工膜具有优良的防渗效果，但是在工程应用中，复合土工膜随 时间老化各性能参数如何变化以及对工程影响也是关心的重点。复合土工膜在 运输、施工和长期使用期间，由于各种因素的影响会导致其性能老化，从而发 生质变。材料老化形式有多种表现如：表面颜色的变化、裂缝的出现、脆化、 原有光泽