文章从 国内外研 究现状 出发 ，指 出了整体式 U形混凝土衬砌 渠道冻胀破坏特征及原 因， 建立 了冻胀破坏 力学模型，并重点对渠道冻胀破坏进行 力学研究。 旨在为今后整体式形混凝土衬砌 渠道 的研 究奠定 理论 基础 。 【关键词 ] 整体式 ；u形渠道；冻胀破坏 ；力学研 究 中图分类号 ：TV431 文章标识码 ：B 文章编号 ：1009—0088(2015)04—0011—02 0 引言灌渠渗漏导致 的农业用水损失可达农业用水量的 45％左右 。u形灌渠混凝土衬砌具有水力条件好、占 地面积少 、抗冻能力强等特点 ，目前 ，已经在 中小型支 渠中得到广泛应用 ，此结构 中衬砌对渠基 的约束力较 少 ，冻胀应力分布较 为均匀 。研究表 明，采用 U形混 凝土衬砌结构可 以降低 70％ ～90％ 的渗漏 损失。渠 道衬砌发生冻胀破坏后 ，灌渠 的寿命降低。u形混凝 土衬砌渠道分为整体式 u形 渠道、两拼式 u形渠道、 三拼式 U形渠道 。与两拼式、三拼式相 比，整体 式 u 形渠道的整体性较强 ，冻胀变形较小 。 背光面和渠道上部 的冻结程度较大。不同之处 为：渠 道上部 的法线方 向冻胀力大于下部 ，顶部和底部的切 向冻胀力为 0。整体 u形渠道不易 出现局部裂缝 ，u 形断面曲线是连续 函数 ，不存 在突变点 ，冻胀变形均 匀。因此 ，整体 U形渠道的法向冻胀力施加在 U形底 部 ，法 向冻胀力表现为轴 向压力 ，渠道本身具有 良好的 抗压性能 ，冻胀破坏降低 。 整体式 U形渠道冻胀破坏影响因素主要有两个 ： ①渠道基土在低温影响下 ，下层水分迁移到上层并发 生冻土，导致不均匀冻胀变形。②渠道混凝土材料 内 部出现内膨胀力 ，混凝土强度不足以抵抗膨胀力时 ，出 现冻胀破坏。 1 整体式 U形渠道 冻胀破 坏原 因分析 2 冻胀破坏力学模型建立 整体式 u形渠道与两拼式 U形渠道、三拼式 u形 渠道相 比，冻胀变形较小 ，使用 寿命 高。三拼式 U形 渠道 混凝 土 衬彻 中 ，直 段 与弧 段 连 接 处 的底 板 对 坡 板 具有约束作用 ，因此 ，冻胀分布极不均匀 ，连接处容易 出现裂缝 ，地下水位较 高的渠道运行一个冻融周期就 会 出现裂缝。两拼式 U形渠道 的弧板 与弧板间存在 制约，弧板上部存在法 向冻结力 ，导致弧板中部 的冻胀 变形和弯矩最大。整体式 U形渠道混凝 土衬 砌不存 在接缝的影响，但会受到光照强度 、土质、湿度、风速、 温度 、含水率等因素影响 ，经历几个冻融周期后也可能 出现裂缝等冻胀破坏。整体式 U形渠道 与两 拼式 U 形渠道、三拼式 u形渠道的相 同破坏特征为 ：冻胀方 向均为法线方向，渠道侧面指向里 ，渠道地 面指 向上。 根据上一节中的冻胀原 因分析 ，认为整体 u形渠 道衬彻板的法 向冻胀力是由上到下线性分布的，顶部 冻胀力为 0，底部冻胀力最大。切 向冻胀力沿着衬彻 板线性 分布 ，最 大值位于 u形 直段与底弧 段相切位 置 ，顶部、底部的切向冻胀力均为 0。将整体式 U形渠 道简化为超静定两铰拱 ，利用牛顿第一定律求解冻胀 力大小 ，并根据截面法求得 u形截 面上 的弯矩 。冻结 力取决于基土、温度 、含水率等因素，其计算公式为 ： T0：c+m ItI 式中 t一温度 ，℃ ； c一气压 ，一般取 0．3kPa一0．63kPa； m一土质系数 ，取 0．4～1．5。 整体式 U形渠道法 向冻胀力、法 向冻结力示意图

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