[发明专利]一种土体冻胀对混凝土面板影响力的分析方法

说明书

本发明公开一种土体冻胀对混凝土面板影响力的分析方法，包括以下步骤：采集渠系建筑数据参数，建立渠道断面三维几何模型，确定三维几何模型计算参数，选取三维几何模型边界条件以及分析土体冻胀对混凝土面板的影响力；本发明对渠道典型断面进行三维数值模拟，并采用有限元方法，将理论计算所得渠道土体冻胀位移作为混凝土面板荷载，用以分析土体冻胀对混凝土面板变形和受力影响，实现对渠系建筑断面进行准确的衬砌冻胀和混凝土结构受力分析，相比传统分析方法更为精准，分析结果根据代表性，能为已建渠段的结构安全和待建工程顺利施工提供保障，并为渠道冻胀防治工作提供了重要参考和理论依据。

技术领域

本发明涉及土体冻胀分析技术领域，尤其涉及一种土体冻胀对混凝土面板影响力的分析方法。

背景技术

随着我国西北部地区快速发展，渠系工程数量也随之增多，其中混凝土面板堆石坝因具有安全性高、稳定性好以及施工简洁的优点而得到广泛应用，但由于冻土影响，冻土地区的渠系建筑往往受冻融循环作用而破坏，给寒冷地区的渠系施工造成较大的安全隐患，为了保证渠系工程中已建渠段的结构安全和待建工程顺利施工，需要对渠系建筑进行衬砌冻胀和混凝土面板结构受力分析。

渠道冻胀破坏是由于渠基土受冻体积膨胀顶托衬砌而形成，渠基土受冻体积膨胀必须具备以下条件：寒冷气候区持续的负温条件；土壤中自由水和毛细水的存在，并且有通畅的水分补给通道；寒冻风化的土表；土壤本身的物理力学性质，包括土的颗粒组成，矿物质成份等。在以上三个条件中，土壤中自由水和毛细水的存在是冻胀发生的的先决条件，也是必备条件。

目前，有关土体冻胀作用对混凝土面板影响力的研究还较少，而现有的一些分析方法大都流程复杂繁琐，无法对渠系建筑断面进行有效模拟，不能精准的分析出体冻胀对混凝土面板影响力，从而不能保证已建渠段的结构安全和待建工程顺利施工。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提出一种土体冻胀对混凝土面板影响力的分析方法，解决现有的混凝土面板影响力分析方法流程复杂繁琐，无法对渠系建筑断面进行有效模拟，从而不能精准的分析出体冻胀对混凝土面板影响力的问题。

为了实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种土体冻胀对混凝土面板影响力的分析方法，包括以下步骤：

步骤一：先选取渠道的典型断面作为分析样本，采集样本断面的冻土参数，对样本断面不同深度的冻结层和未冻结层分别进行取样，再对取样土体进行含水率分析，得到不同深度的冻结层和未冻结层的土体含水率，然后根据土体含水率计算土体的冻胀率；

步骤二：先对渠道典型断面进行勘查，并获取渠道典型断面的三维数值，再根据获取的三维数值绘制渠道典型断面图，接着根据渠道典型断面图进行三维数值模拟，并建立渠道的三维几何模型，然后对三维几何模型进行网格剖分，生成有限元模型；

步骤三：先对渠道典型断面的混凝土材料进行测试，获得混凝土材料的密度参数、弹模参数和泊松比参数作为模型计算参数，再根据渠道的土体性质以及渠道土体历史资料设置土体的密度参数、弹模参数和泊松比参数作为模型的计算参数；

步骤四：先对渠道典型断面的土体冻胀量进行计算，再根据冻胀量计算结果，在有限元模型中将土体冻胀量沿阴面渠坡冻胀位移为多段线分布，并将该冻胀量作为位移荷载施加于土体和混凝土面板接触面处，然后结构约束施加于基础土体上，之后在ANSYS中采用位移加载方式，逐步施加位移荷载，最后将计算参数输入有限元模型并计算混凝土面板的位移场及应力场；

步骤五：将混凝土面板的位移场及应力场计算结果作为混凝土面板荷载，分析土体冻胀对混凝土面板变形和受力影响，即土体由冻胀产生的位移是否使混凝土面板内部产生超过其承受能力的应力和变形。

进一步改进在于：所述步骤一中，采集的冻土参数包括渠顶地表的冻土数据和斜坡端的冻土数据，所述渠顶地表的冻土数据为地面以下的冻结厚度，所述斜坡端的冻土数据为距渠底坡脚不同距离的冻结层垂直坡面厚度。