苯板保温在混凝土衬砌渠道中的应用及数值模拟.pdfVIP

第44卷 第 5期 人 民 长 江 Vo1．44，No．5 2013年 3月 Yangtze River Mar．， 2013 文章编号：1001—4179(2013)05—0057—0d 苯板保温在混凝土衬砌渠道中的应用及数值模拟 郭 睛 ，娄 宗 科 ，郭 启 胜2 (1．西北农林科技大学 水利与建筑工程学院，陕西 杨凌 712100； 2．内蒙古 自治区水利水 电勘测设计院，内 蒙古 呼和浩特 010020) 摘要 ：目前聚苯 乙烯板 已作为渠道衬砌保温材料(苯板)被广泛使用，但在施工时还不能科学地确定渠道不 同 位置的苯板铺设厚度。针对在 内蒙古河套地 区进行的渠道衬砌防冻胀现场试验 ，采用有限元分析软件 AN． SYS分析 了不 同厚度 的保温板对渠系建筑物 的温度场 、位移场的影响，得到渠道不 同位置处 的冻胀量 ，并将其 与实测数据 比较 ，结果较为一致。通过综合分析 ，对重粉质壤土渠道给 出了渠道不同部位合理 的保温板铺设 厚度 ，从而为渠道保温板施工提供 了技术支持 。 关 键 词 ：聚苯 乙烯保温板 ；温度场 ；位移场 ；数值模拟 ；冻胀 中图法分类号 ：TV41 文献标志码 ：A 我国北方的几大灌 区地处季节冻土区，大量 的渠 1 工程应用实例及分析 系水工建筑物由于基土冻胀问题而产生破坏。 目前 ， 就我国四大灌区之一的内蒙古河套地区而言 ，一些地 1．1 工程概况 段虽铺设 了聚苯乙烯保温板 ，但还不能 明确地确定不 内蒙古河套灌区西济支渠位于黄河河套沉积平原 同位置的铺设厚度 ，只是盲 目地使用 ，造成极大 的浪 区，地势南高北低 ，地面高程在 1037．4～1034．4m之 费。这主要是因为没有彻底搞清渠道冻融破坏的内在 间，地面坡降为 1／3000～1／4000，土地较平整 。西 原因，不能有效地采取防冻胀措施 ，只是被动地进行 防 济支渠梯形渠道的混凝土衬砌断面及其冻土实测数据 护。 分别见 图1和表 1。 对于渠道冻胀问题 的理论求解 ¨，有限差分法和 有限元法是普遍采用的两种数值计算方法 。在渠 道冻胀研究领域 ，有限差分法局限于规则 的网格划分 ， 对单元本身特性不予考虑 ，因而使其应用受到相应 限 制 ，目前主要用于一维问题的求解 ，对边界条件复杂的 渠道冻胀问题仍然难 以计算。有限元法克服了有限差 分法的缺点，能够灵活地考虑各种边界条件 ，在计算渠 道冻胀问题方面显示出极大 的优越性 ，因此本文在渠 道冻胀问题 的计算中采用 了这一方法。 图 1 西济支渠衬砌渠道试验段 断面 (尺寸单位 ：mm) 收稿 日期 ：2012—08—17 基金项 目：“十二五”农村领域 国家科技计划项 目(2011BAD25B04)；“十二五”科技支撑计划课题 (2012BAD08B01) 作者简介 ：郭 婧 ，女，硕士研究生，主要从事水工结构数值模拟研究。E—mail：jingguol0t5@126．eom 通讯作者：娄宗科，男，教授，硕士生导师，主要从事水工结构设计理论、水工材料耐久性与建筑物健康诊断及修复技术、渠道防 渗抗冻胀技术等方面的研 究。E—mail：slxlzk@163．com 58 1．2 有 限元分析 外，其余均受 和Y双向约束 (U =0，U =0)；模型 上边界