南水北调中线工程渡槽结构冰盖温度膨胀力研究

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1、第10卷第3期2012年6月南水北调与水利科技South-1<^NorthWaterDivenionandWaterScience&Technologydoi：10.3724/SP.J.1201.2012.0300南水北调中线工程渡槽结构冰盖温度膨胀力研究周庭正，赵新，黄炭(天津大学水利工程仿真与安全国家直点实验室，天津300072)摘要:南水北蘭中线工程在冰期输水过程中将会岀现冰盖温度膨胀力•尤其可能影响渡摘结构的安全。但是冰的力学特性非常复杂,形响因素很多•同时渡槽结构纵向尺度与冰盖厚厦相差悬殊•因此采取如卜研究想路:首先在室内对小尺度冰试件进行多条件的膨胀力测试，而后建立小尺度试

2、件的有限尤仿真数学模勒•并根据试峻测试结果对数学模型进行调试验证，最后利用校核后的数学模型对渡槽结构的冰盖膨胀力进行分析计算。研究发现:冰温度膨胀力极值随冰厚的增长呈现出近似干线性增长的变化趙势;冰盖厚度不同•温度膨胀力也呈现出不同的变化特征：冰盖厚度越大，温度彭胀力增长速度越快，膨胀力极值越大，到达极值后•膨胀力下降速度越慢;渡槽内，将冰的温度膨胀力作为线载荷考虑时•可达102.21kN/m.这一量级的水平载荷作用，将对渡槽结构的安全性造成威胁°南水北调中线工程冰期输水过程中应采取措施•避免渡槽结构内形成稳定冰盖。关键词:冰期输水，渡槽，温度膨胀力，寧内模型试验;有限元模型中图分类号

3、:TV68；TV431文抵标识码:A文章编号：16721683(2012)03«000775IceThermalExpansivePressureActingonAqueductStructureofMiddleRouteSchemeofSNWDPZHOUTingzheng,ZHAOXin>HUANGYan(StateKeyLaboratoryofHydraulicEngineeringSimulationandSafety.TianjinUniversity•Tianjin300072•China)Abstract：Theicethermalexpansivepressureoccu

4、rsinthewaterdiversionoftheMiddleRouteoftheSouthNorthWaterDiversionProjectduringtheiceperiod•whichmayaffectthesafetyoftheaqueductstructure.However>themechanicalpropertiesoficearecomplexandhavenumerousinfluencingfactors«andtheverticalscaleoftheaqueductstructureisverydifferentfromtheicethickness.I

5、nthispaper,lhelaboratoryexpansivepressuretestswereconductedforthesmallscaleicesamplesunderdifferentconditionsandthefiniteelementnumericalmodelwasthendevelopedforthesmallscaleicesamples.Thenumericalmodelwascalibratedbasedonthelaboratorytestresults*andthenthecalibratednumericalmodelwasusedtoanal

6、yzetheicethermalexpansivepressureactingontheaqueductstructure.Theresultsshowedthat(1)Thereisalinearrelationshipbetweentheextremevalueoftheicethermalexpansivepressureandicethickness；(2)TheicethermalexjJHn^ivepressurevarieswiththeicethickness.Withtheincreasingoftheicethickness,theicethermalpressu

7、rehasahighgrowthrateandahighextremevalue.Whentheicethermalpressurereachestheextremevalue«ithasalowerdecraisingratci(3)Themaximumvalueofthethermalexpansivepressureactingontheaqueductstructurecanbe102.21kN/m.whichposesathreatf