模袋混凝土衬砌梯形渠道冻胀适应性研究

来源：农业工程学报杂志2019年第24期北京时间：

作者：娄宗科,莫腾飞,张晓红,付小军,何武全,

摘要：为探明开放系统条件下梯形渠道渠基土冻胀对混凝土衬砌结构破坏规律，该文在水热力三场耦合理论的基础上，考虑毛细作用及薄膜水迁移理论，采用动态变化的上下温度边界，利用多场耦合软件COMSOL模拟了渠基土67 d的冻胀过程，得出渠基土冻胀量。在此基础上，考虑模袋对冻土与混凝土间接触行为的影响，利用有限元软件ABAQUS模拟冻土与普通混凝土、冻土与模袋混凝土间接触力学行为，最终得出衬砌不同位置处应力场及位移场。结果表明：在距离渠底约1/3坡长处、渠底中心处冻胀量较大，渠顶处冻胀量最小；普通混凝土所能适应的最大不均匀冻胀量为2.98 cm；模袋混凝土的使用改变了冻土与混凝土间的接触行为，应力最大值约为普通混凝土的1/250，季节性冻土地区采用模袋混凝土可显著提高对不均匀冻胀量的适应性。该模拟结果与工程实际结果吻合度较好，研究结果可为开放系统下季节性冻土区梯形渠道的工程设计提供参考和依据。

关键词：混凝土, 渠道, 模袋, 水热力三场耦合, 接触力学行为, 冻胀破坏