季节性冻土区渠道保温板保温耐久性研究

摘要

北方渠道大多使用保温板防止渠道衬砌受冻胀破坏，在设计保温板厚度时，常常为了考虑降低成本，而忽略保温板使用过程中受各种因素的影响导致保温效果变差的情况，使渠道衬砌达不到设计使用年限便提前破坏。论文在前人的基础上，依据内蒙古河套灌区连续四年内聚苯乙烯和聚氨酯保温防冻胀试验、两种材料的吸水率和含水量对其保温性能的影响试验，对两种保温板保温耐久性进行研究。基于多层材料串联热阻叠加原理和热阻等效原理，对保温板厚度计算公式进行完善。本文研究内容对保温板在季节性冻土区的推广应用具有较强的指导意义。
　　本文主要研究内容及得到的成果如下：
　　(1)本文依据在内蒙古河套试验场对聚苯乙烯和聚氨酯保温防冻胀技术的试验，记录四年内保温板下基土温度、冻胀量、含水率变化规律，以及保温板导热系数的变化规律，对两种保温板保温耐久性进行研究，得出两种保温板保温耐久性的优劣，为工程实际提供一定的参考价值。
　　(2)通过分析四年保温板下基土冻胀量的变化规律，运用平均年限法对保温板在实际工程中的使用寿命进行预测，得出4 cm聚苯乙烯和聚氨酯的使用寿命为7年和5年，6 cm聚苯乙烯和聚氨酯的使用寿命为10年和7年。并通过保温板导热系数和使用年限的关系对预测结果进行验证。
　　(3)结合各年的实测数据，并通过阅读大量文献，基于多层材料串联热阻叠加原理和热阻等效原理，整理出一个较为准确的保温板厚度计算公式。
　　(4)根据现场实验数据，运用ANSYS有限元模拟软件建立数据模型，以保温板厚度计算公式计算出的为变量，对其温度场和位移场进行模拟，与实测数据进行比较分析，验证公式的正确性。
　　(5)通过对试验结果的分析，得出相同厚度的聚苯乙烯和聚氨酯虽然在使用初期聚氨酯保温效果较好，但在长时间使用过程中，其保温效果下降明显，而聚苯乙烯在长期使用过程中保温效果较好，在长期性渠道衬砌中使用具有一定的优势。

目录

声明

1绪论

1.1保温板使用耐久性研究的意义

1.2渠道保温防冻胀技术的发展

1.3冻胀破坏机理

1.4渠道冻胀破坏影响因素

1.5研究目的和内容

2试验设计与试验方法

2.1试验场情况

2.2试验场试验方案设计

2.3保温板含水率试验

2.4本章小结

3保温板保温耐久性分析

3.1各年冻融期观测温度分析

3.2各年冻融期内冻胀量变化分析

3.3冻融后保温板导热系数测定结果分析

3.4保温板吸水率试验结果分析

3.5本章小结

4保温板保温耐久性预测

4.1实际工程中保温板保温寿命分析

4.2保温板耐久性损失原因分析及施工优化

4.3保温板厚度公式

4.4本章小结

5复合保温板保温防冻胀数值模拟分析

5.1试验场原型有限元模型

5.2 ANSYS有限元计算流程

5.3数值模拟分析

5.4本章小结

6结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

在学研究成果

致谢