第41卷第5期2023年5月水电能源科学WaterResourcesandPowerVol.41No.5May2023DOI:10.20040/j.cnki.1000-7709.2023.20221395考虑太阳热辐射的梯形渠道温度场动态数值模拟和衬砌冻胀分析王建有1,石鹏超1,禄林方2,王娟1,梁太利1(1.郑州大学黄河实验室,河南郑州450001;2.赵口引黄灌区二期工程建设管理局,河南开封475008)摘要:针对因缺乏渠道表面实测温度而难以准确模拟渠道温度场的问题,考虑太阳热辐射对渠道阴坡、阳坡和底板温度的影响,建立渠道表面增温计算模型,采用有限元软件ABAQUS,对经历三次降温情况下渠道的温度场变化过程进行数值模拟并分析渠道衬砌冻胀情况。结果表明,在太阳热辐射影响下渠道阴坡冻深显著大于阳坡和底板冻深,计算冻深和衬砌破坏规律也与实际情况吻合较好,在降温过程中阴坡的混凝土衬砌相较于阳坡和底板更容易发生冻胀破坏,按照多年最大冻深利用规范计算时也有相同规律,研究成果可为渠道混凝土衬砌温控防裂设计提供新思路。关键词:渠道;混凝土衬砌;太阳热辐射;数值模拟中图分类号:[TV91];TU528文献标志码:A文章编号:1000-7709(2023)05-0109-04收稿日期:2022-07-09,修回日期:2022-08-06基金项目:国家自然科学基金项目(52179145);河南省2021年水利科技攻关项目(ZKEQ-QDCQMNFK)作者简介:王建有(1977-),男,博士、教授级高级工程师,研究方向为水工建筑物的安全性检测与评价,E-mail:wangjianyou@zzu.edu.cn1引言混凝土衬砌冻胀问题是渠道工程中亟待解决的问题。目前,关于渠道冻胀问题的研究成果较丰富,但现有研究大多将冻胀的动态过程看作稳态传热过程,无法准确反映温度波动下的冻胀问题;另外,在温度边界条件的取值上,由于缺乏长时段渠表温度数据,通常直接利用气温数据预测渠道冻胀破坏,误差较大。因此,合理设定温度场的温度边界条件成为渠道温度场数值模拟难题。对此,根据混凝土水平表面太阳辐射的增温计算方法[1],从太阳热辐射角度出发,结合气象学知识,对渠道阴坡、底板和阳坡赋予不同太阳热辐射增温,建立渠道表面增温计算模型。在此基础上,基于有限元软件ABAQUS对赵口引黄灌区的梯形渠道进行85d温度场仿真计算,模拟渠道冻深演化过程,以期掌握外界温度变化过程中渠道冻胀的动态变化规律,以期为渠道抗冻胀设计提供理论依据。2太阳热辐射增温模型太阳辐射能量中,一部分到达地表前被大气吸收;另一部分到达地表后,又有一部分被吸收,余下部分则被反射,其中被地表吸收的能量引起了地表温度的升高[2]。设在单位时间内单位面积上,水平混凝土...
