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武汉岩土所揭示南水北调中线工程高填方渠坡沉降机理
2017-05-10    打印 关闭

  南水北调中线工程全长1432km,其中填方高度超过6m的渠段总长约144km。高填方渠道沉降变形过大,易导致渠道衬砌面板出现较大的挠度、结构内力及周边缝错动,甚至出现局部脱空后的整体滑动,造成面板结构破坏,影响渠道运营安全。中科院武汉岩土力学研究所土体相互作用组研究人员与长江勘测规划设计研究院采用理论分析、数值模拟、室内试验和现场监测相结合的方法,弄清了高填方渠道沉降变形规律建立了高填方渠道附加应力和沉降计算方法揭示了高填方渠道沉降变形对衬砌结构的影响规律给出了高填方渠道工后沉降控制标准及工程处理措施,保障了南水北调中线工程通水后的长期运营安全 

  采用理论分析和数值模拟方法,研究人员弄清了整个渠道在沉降过程中的应力分布及水平位移、竖直沉降变形分布特征,揭示了高填方渠道沉降变形对衬砌结构的影响机理。研究成果表明:(1)相同沉降时间条件下,渠坡坡脚点的变形量最小,坡面顶点的变形量最大;整个坡面的沉降不均匀,坡面的沉降不均匀将导致静压后的坡面相对于原始坡面出现不平整的情况;坡面的变形及变形速率主要受竖直方向的沉降的影响和控制;可以通过渠道顶部和底部中心点的后期沉降控制坡面的变形;(2)衬砌面板的不均匀挠曲变形,在面板中产生了一定应力分布;面板上部应力主要受挠曲变形的控制,面板中拉应力较大;面板下部的应力分布主要受切向摩擦力的控制,面板中压应力较大;面板挠曲变形发生改变的部位,是挠曲变形与切向摩擦力控制作用交替的部位,面板中剪应力较大;而三种应力效应中以拉应力为最不利情况;3)蓄水前,沿坡面位置的升高,面板的挠度逐渐增大,但转角却是先升高后减小的规律;蓄水后面板的挠曲变形比蓄水前降低了很多,且挠曲变形分布也比蓄水前更加均匀;坡面在水压力的作用下沿着坡面往上移动,产生了向上的切向应力,这便很大程度上抵消了蓄水前在面板中造成的应力,因此蓄水后面板在变形和应力分布上都更为有利。 

  这一研究成果发表在Journal of Coastal Research上,上述工作得到十二五国家支撑课题、南水北调中线工程建设办公室等的资助。 

  论文信息:Yu, F (Yu, Fei) ; Zhang, Y (Zhang, Yu) ; Chen, SX (Chen, Shanxiong), Study on Calculational Methods for the Settlement Process of High Filling Canals, Journal of Coastal Research(2015). 

渠坡附加应力修正系数回归曲面

 
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