防渗保温衬砌结构稳定性研究

摘要

南水北调工程宝郏段位于南水北调工程中线工程的河南省境内。宝郏段的衬砌结构采用了特殊的防渗保温结构，其中，喷砂加糙保温板提高了衬砌结构的抗冻性，改善了渠道在低温下的工作条件;复合土工膜提高了输水效率。但是，由于这种新型结构的材料属性复杂，接触层面较多，加上复杂的自然与地质因素，整体结构的稳定性有必要要进一步深入研究。
　　本文以南水北调工程宝郏段位渠道衬砌为研究对象，自下而上分别对渠道衬砌结构的各个组成部分进行了分析。通过瑞典条分法和ANSYS数值模拟，分析了渠道边坡和衬砌土体的稳定性，结果表明，1∶2的边坡具有足够大的安全系数，能满足工程稳定的需要;研究了保温板在结构中的作用，热稳态分析与热瞬态分析均证明，保温板在控制热量传递中具有较大作用，并通过热量分度云图的温度等值线对保温板的厚度选择进行了优化;数值模拟表明，对于混凝土层无论是在自然状态下还是在冻胀的状态下，衬砌的坡脚与齿墙接触部分都是应力集中现象最明显的部位，有必要对齿墙结构进行优化设计;建立了冻胀作用下混凝土层受力模型，计算了其在特定环境下弯矩的分布，发现衬砌板的距下边1/4处弯矩最大。最后，以室内摩擦试验结果和数值模拟为基础，分析了渠道衬砌结构中可能出现滑移的原因。

目录

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摘要

1 绪论

1．1 南水北调中线宝郏段概况

1．2 国内外渠道衬砌结构设计

1．2．1 国内渠道衬砌结构设计

1．2．2 国外渠道衬砌结构设计与施工

1．3 防渗保温衬砌结构的重大意义

1．4 本文研究的主要内容

2 渠坡土体稳定性分析

2．1 宝郏段工程地质条件

2．2 渠坡稳定性分析理论

2．2．1 极限平衡方法

2．2．2 数值分析法

2．3 渠坡稳定性计算

2．3．1 渠坡设计资料

2．3．2 瑞典条分法计算

2．4 渠坡稳定的数值模拟

2．4．1 模型的选取准则

2．4．2 安全系数的计算理论

2．4．3 数值模拟结果分析

2．5 本章小结

3 保温板的抗冻胀效果与模拟

3．1 冻胀作用的破坏

3．1．1 冻胀理论的发展

3．1．2 冻胀量的计算与保温板尺寸确定

3．2 苯板保温效果的模拟

3．2．1 苯板保温机理

3．2．2 模型的假设条件与分析类型

3．2．3 保温板的热稳态分析

3．2．4 保温板的热瞬态分析

3．3 本章小结

4 衬砌混凝土层的受力分析

4．1 混凝土层的重要意义

4．2 混凝土衬砌结构的破坏特征

4．3 混凝土层受力分析

4．3．1 混凝土层结构受力数值模拟

4．3．2 混凝土层冻胀结构受力分析

4．3．3 混凝土层冻胀模型计算

4．4 本章小结

5 衬砌结构整体摩擦稳定性分析

5．1 衬砌结构摩擦力的特殊意义

5．2 不同层面之间摩擦系数的测定

5．3 衬砌整体结构摩擦稳定性模拟

5．3．1 模型的假设条件

5．3．2 模型介绍

5．3．3 模拟结果分析

5．4 本章小结

6 结论及建议

参考文献

致谢

个人简历、在校期间发表的学术论文及参与的研究项目