引水干渠梯形渠道襯砌結(jié)構(gòu)凍脹破壞力學(xué)分析

劉 裕

(水利部新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測設(shè)計研究院，烏魯木齊 831100)

0 引 言

渠道襯砌結(jié)構(gòu)為剛性體，因材料屬性及施工工藝等方面的原因，引水干渠渠道襯砌結(jié)構(gòu)在未凍脹破壞前就存在裂紋等缺陷，此類裂紋即為混凝土材料初始裂紋，其大多隨機分布。渠道襯砌結(jié)構(gòu)大多數(shù)凍脹破壞均是在凍脹力作用下引發(fā)初始裂紋擴展而造成的斷裂破壞。目前力學(xué)作用下渠道襯砌結(jié)構(gòu)開裂破壞準(zhǔn)則和斷裂機理方面的研究成果很少，此外，在渠道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計時多用經(jīng)驗方法，統(tǒng)一的強度破壞模式和準(zhǔn)則缺失。渠道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計方面缺少理論指導(dǎo)，故其設(shè)計無法滿足灌區(qū)建設(shè)及發(fā)展的需要。基于此，文章應(yīng)用斷裂力學(xué)理論，將引水干渠梯形渠道襯砌結(jié)構(gòu)凍脹破壞視為復(fù)合型裂紋擴展過程，進行了渠道襯砌結(jié)構(gòu)、基土凍脹力和斷裂韌度等變量關(guān)系的分析，所進行的抗凍脹計算可作為灌區(qū)引水干渠襯砌結(jié)構(gòu)抗凍脹設(shè)計的借鑒參考。

1 干渠概況

喀什噶爾河灌區(qū)阿瓦提干渠始建于20世紀(jì)80年代，阿瓦提干渠全長40.964km，其中渠道0+000-20+000段在2002年利用世行二期貸款項目進行了節(jié)水改造(防滲改建的渠道斷面尺寸為底寬6m、渠高為1.8-2.4m。渠底為漿砌石30cm，渠坡為現(xiàn)澆混凝土襯砌結(jié)構(gòu)，澆筑厚度12cm)。該引水干渠渠道經(jīng)過長期運行，先后出現(xiàn)渠系滲漏損失增大，抗沖刷能力下降，沖刷、淤積以及凍脹等病害較為嚴(yán)重，并伴隨渠系配套建筑物不完善、老化等，本次計劃對樁號20+000-39+964段進行防滲及抗凍脹改造。……