[發明專利]一種土體凍脹對混凝土面板影響力的分析方法

在審

• 申請號: 202210833364.2
• 申請日: 2022-07-14
• 公開（公告）號: CN115146357A
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 王建有;劉賓;石鵬超;邢海鵬;李浩鳴;張恩典;梁太利;秦濟生;高宇龍;余娟;王娟
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23;G06F111/04
• 代理公司: 北京盛詢知識產權代理有限公司 11901
• 代理人: 相凡

本發明公開一種土體凍脹對混凝土面板影響力的分析方法，包括以下步驟：采集渠系建筑數據參數，建立渠道斷面三維幾何模型，確定三維幾何模型計算參數，選取三維幾何模型邊界條件以及分析土體凍脹對混凝土面板的影響力；本發明對渠道典型斷面進行三維數值模擬，并采用有限元方法，將理論計算所得渠道土體凍脹位移作為混凝土面板荷載，用以分析土體凍脹對混凝土面板變形和受力影響，實現對渠系建筑斷面進行準確的襯砌凍脹和混凝土結構受力分析，相比傳統分析方法更為精準，分析結果根據代表性，能為已建渠段的結構安全和待建工程順利施工提供保障，并為渠道凍脹防治工作提供了重要參考和理論依據。

技術領域

本發明涉及土體凍脹分析技術領域，尤其涉及一種土體凍脹對混凝土面板影響力的分析方法。

背景技術

隨著我國西北部地區快速發展，渠系工程數量也隨之增多，其中混凝土面板堆石壩因具有安全性高、穩定性好以及施工簡潔的優點而得到廣泛應用，但由于凍土影響，凍土地區的渠系建筑往往受凍融循環作用而破壞，給寒冷地區的渠系施工造成較大的安全隱患，為了保證渠系工程中已建渠段的結構安全和待建工程順利施工，需要對渠系建筑進行襯砌凍脹和混凝土面板結構受力分析。

渠道凍脹破壞是由于渠基土受凍體積膨脹頂托襯砌而形成，渠基土受凍體積膨脹必須具備以下條件：寒冷氣候區持續的負溫條件；土壤中自由水和毛細水的存在，并且有通暢的水分補給通道；寒凍風化的土表；土壤本身的物理力學性質，包括土的顆粒組成，礦物質成份等。在以上三個條件中，土壤中自由水和毛細水的存在是凍脹發生的的先決條件，也是必備條件。

目前，有關土體凍脹作用對混凝土面板影響力的研究還較少，而現有的一些分析方法大都流程復雜繁瑣，無法對渠系建筑斷面進行有效模擬，不能精準的分析出體凍脹對混凝土面板影響力，從而不能保證已建渠段的結構安全和待建工程順利施工。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提出一種土體凍脹對混凝土面板影響力的分析方法，解決現有的混凝土面板影響力分析方法流程復雜繁瑣，無法對渠系建筑斷面進行有效模擬，從而不能精準的分析出體凍脹對混凝土面板影響力的問題。

為了實現本發明的目的，本發明通過以下技術方案實現：一種土體凍脹對混凝土面板影響力的分析方法，包括以下步驟：

步驟一：先選取渠道的典型斷面作為分析樣本，采集樣本斷面的凍土參數，對樣本斷面不同深度的凍結層和未凍結層分別進行取樣，再對取樣土體進行含水率分析，得到不同深度的凍結層和未凍結層的土體含水率，然后根據土體含水率計算土體的凍脹率；

步驟二：先對渠道典型斷面進行勘查，并獲取渠道典型斷面的三維數值，再根據獲取的三維數值繪制渠道典型斷面圖，接著根據渠道典型斷面圖進行三維數值模擬，并建立渠道的三維幾何模型，然后對三維幾何模型進行網格剖分，生成有限元模型；

步驟三：先對渠道典型斷面的混凝土材料進行測試，獲得混凝土材料的密度參數、彈模參數和泊松比參數作為模型計算參數，再根據渠道的土體性質以及渠道土體歷史資料設置土體的密度參數、彈模參數和泊松比參數作為模型的計算參數；

步驟四：先對渠道典型斷面的土體凍脹量進行計算，再根據凍脹量計算結果，在有限元模型中將土體凍脹量沿陰面渠坡凍脹位移為多段線分布，并將該凍脹量作為位移荷載施加于土體和混凝土面板接觸面處，然后結構約束施加于基礎土體上，之后在ANSYS中采用位移加載方式，逐步施加位移荷載，最后將計算參數輸入有限元模型并計算混凝土面板的位移場及應力場；

步驟五：將混凝土面板的位移場及應力場計算結果作為混凝土面板荷載，分析土體凍脹對混凝土面板變形和受力影響，即土體由凍脹產生的位移是否使混凝土面板內部產生超過其承受能力的應力和變形。

進一步改進在于：所述步驟一中，采集的凍土參數包括渠頂地表的凍土數據和斜坡端的凍土數據，所述渠頂地表的凍土數據為地面以下的凍結厚度，所述斜坡端的凍土數據為距渠底坡腳不同距離的凍結層垂直坡面厚度。