季节冻土区河渠防护工程冻害防治技术研究

摘要

我国幅员辽阔，冻土面积分布也十分广泛，人们生产生活所在的区域不同，对冻土的工程要求也不相同。在多年冻土地区，冻土以其坚硬的质地可以作为工程基础，因此多年冻土地区的工程建设以保护冻土为前提:在季节冻土地区，活动层在冬季发生冻结夏季发生融化，冻融循环过程中会对土层上部的工程建筑物产生冻融破坏，因此季冻区的工程建设多以防止冻害保护工程建筑物为前提。黑龙江省位于我国高纬度地带，具有大范围的季节冻土和多年冻土，作为我国的重要商品粮生产基地其灌溉渠道的运行发展受到气候条件的严重制约。河渠边坡的衬砌率低，多为刚性衬砌，渠道衬砌下的土体在冻融循环作用下发生温度场和水分场的不均匀分布，导致衬砌发生错位、滑移、崩塌等冻害破坏，不仅影响了渠道的正常运行也增加了维修费用。渠道及渠系水工建筑物冻害问题则成为黑龙江省农田水利工程建设的难题。所以，如何能够在深季节冻土区保护衬砌渠道不受冻害破坏是促进灌区长久发展的关键问题。
　　本文通过阅读学习和分析大量文献资料的基础上，分析了渠道衬砌冻害发生的原因，同时以黑龙江省北部引嫩总干渠为试验工程研究背景，首先建立室内模型试验，对拟采用的衬砌结构进行冻胀性试验研究。在室内试验的基础上进行现场试验，验证模型试验结论的同时对衬砌结构的铺设进行现场示范。为黑龙江省土质渠道边坡衬砌工程的冻害防治提供针对性的实施方案，对指导季冻区渠道边坡的冻害防治工作有重要的实用价值和应用前景，本文的主要研究内容和结论包括:
　　(1)室内模型试验中对现场实际气温变化过程进行了模拟，并对雷诺护垫结构、砼铰接块和预制混凝土板结合保温结构衬砌进行了室内模型试验，通过试验总结了季冻区衬砌结构冻胀破坏发生机理以及现场试验中应注意的问题;
　　(2)根据室内模型的结论在北引“乌北”冻胀土段17+000～17+125试验场地，建立现场试验示范工程，并现场监测了砼铰接块结构、雷诺护垫结构、预制混凝土板结合保温结构等3种衬砌的冻融变形，通过对3种衬砌结构试验数据分析得到:北引试验段土质的变形不均匀性非常明显，且冻胀程度较大，不适合使用刚性衬砌结构。而雷诺护垫和砼铰接块这种柔性结构衬砌能很好的适应土体的变形，且施工方便，综合渠道生态要求，宜在季节冻土渠道衬砌工程中应用，但砼铰接块的费用多于雷诺护垫结构的铺设费用，所以更加推荐使用雷诺护垫衬砌结构。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及目的、意义

1．2 国内外研究状况

1．2．1 冻害破坏机理研究

1．2．2 渠道边坡防护结构冻害防治技术及发展趋势

1．3 研究的主要内容及技术路线

2 试验研究概况

2．1 研究区概况

2．1．1 地理位置

2．1．2 气候条件

2．1．3 地质条件

2．2 渠道衬砌冻害现状

2．2．1 现浇混凝土衬砌结构破坏

2．2．2 预制混凝土板衬砌结构破坏

2．2．3 浆砌石衬砌结构破坏

2．2．4 沥青混凝土衬砌结构破坏

2．2．5 混凝土板下铺设塑料薄膜衬砌结构冻害

2．3 渠道防护存在的问题

2．4 试验研究方案

2．4．1 相似比尺

2．4．2 模型试验

2．4．3 试验准备

2．5 本章小结

3 几种典型防护结构冻融模型试验研究

3．1 防护结构室内模型试验

3．1．1 砼铰接块结构

3．1．2 雷诺护垫结构

3．1．3 预制砼板结合保温结构

3．2 数据的整理与分析

3．2．1 温度场

3．2．2 冻胀融沉

3．3 本章小结

4 几种典型防护结构现场试验研究与示范

4．1 试验段衬砌结构设计与原则

4．1．1 砼铰接块结构

4．1．2 雷诺护垫结构

4．1．3 预制混凝土板结合保温结构

4．2 防护结构现场试验

4．2．1 观测内容

4．2．2 观测方法

4．2．3 测点布置

4．2．4 观测过程

4．2．5 观测结果与分析

4．3 衬砌结构的生态意义讨论

4．4 本章小结

5 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文