考虑预制混凝土“设缝”作用的梯形渠道冻胀机制影响研究

来源：水资源与水工程学报杂志2024年第1期北京时间：

作者：王春霞，葛建锐，王正中，江浩源，张亚新，郑健，肖旻

单位：（1.临夏回族自治州水利科学研究院,2.兰州理工大学能源与动力工程学院,3.西北农林科技大学旱区寒区水工程安全研究中心,4.中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室,5.江西科技师范大学土木工程学院

摘要：寒区衬砌渠道输水能力下降主要是由常年冻融作用下衬砌结构发生冻胀破坏所致，针对渠道衬砌结构冻胀破坏问题提出渠坡板纵向设缝的抗冻措施与数值分析方法。本文通过将渠道衬砌板与冻土视为整体处理的方法构建混凝土衬砌渠道热力耦合冻胀模型，以甘肃省景泰灌区某混凝土衬砌渠道为研究对象，考虑不同设缝措施与纵缝填充的接触本构对3种工况进行抗冻影响因素分析。结果表明：渠底深部基本不受渠道整体几何边界的影响，但渠道边界尺寸和基土热流分布均对基土上部温度场变化具有显著影响。渠道阴坡、渠底和阳坡最大冻深分别为86.3、67.5、58.2 cm。通过合理设缝措施可使渠道阴坡法向冻胀力降低40.7%、底板冻胀量减小63.5%、切向冻胀力降低43.8%，使渠道断面冻胀分布趋于均匀，且模型分析与实测结果相符，表明本文构建模型的合理性。研究结果可为长距离输水渠道数值计算提供理论依据。

关键词：热力耦合,冻胀,衬砌结构,设缝,预制混凝土,梯形渠道

基金资助：国家重点研发计划“水资源高效开发利用”重点专项(2017YFC0405100)； 国家自然科学基金项目(U2003108、51735379)； 甘肃省自然科学基金项目(23JRRA831)； 甘肃省高等学校青年博士基金项目(2022QB-051)； 兰州理工大学博士科研启动项目（2022062105）