Page 127 - 2023年第54卷第2期

图 １２ 阴坡、阳坡截面弯矩分布 图 １３ 阴坡、阳坡上表面应力分布

５ 讨论

本文模型将板间填缝视为铰结点，构建砂浆填缝预制板衬砌梯形渠道冻土地基模型。对于聚氨
酯、塑料油膏等粘结强度较高的弹性材料填缝情形，只要合理选取板间连接结点连续性条件，则本文
模型仍然适用。对于单块尺寸显著小于断面尺寸的预制块衬砌渠道，由于预制块刚性较大且铺设数量
较多，应用本文模型计算量大，故本文模型不宜直接适用。考虑到单块预制块刚性较大，可用反力直
线分布假设代替 Ｗｉｎｋｌｅｒ假设构建模型，简化计算过程。但如何保证计算结果具有足够精度，有待进
一步研究。
相比结构力学模型 ［６ － ７］ ，本文模型可较好地反映阴、阳坡差异，体现在：依步骤（１）对阴、阳坡
及渠底选取不同的天然冻胀量，再分别进行力学分析，体现阴、阳坡及渠底不同的冻胀特征。由此可
得底板两侧不均衡板间相互作用力，并导出非对称渠底板切向冻结力分布。该分布自阳坡坡脚指向阴
坡坡脚。不对称底板切向冻结力分布是阴、阳坡差异的具体体现。已有研究中大多数无法确定底板切
向冻结力分布 ［８ － ９］ ，或只能导出对称或反对称切向冻结力分布规律 ［２１］ ，当阴、阳坡差异显著时与事实
不符。
已有研究表明 ［３４ － ３５］ ，合理设置纵向伸缩缝可有效改善现浇整体式梯形渠道的适应冻胀性能，本文
模型对于此类渠道也是适用的。需要说明的是，本文模型未考虑大变形、非线性 ［３６］ 以及变异性等复杂
情形，构建更加全面、深入的模型有待进一步的探索。

６ 结论

考虑冻土－ 结构间相互作用及预制板间相互作用，基于 Ｗｉｎｋｌｅｒ理论，引入端部边界条件及板间填
缝处连续性条件并注意到砂浆填缝处弯矩为零，构建砂浆填缝预制混凝土衬砌渠道弹性冻土地基梁模
型。得如下结论：（ １）基于 Ｗｉｎｋｌｅｒ理论推导出砂浆填缝预制混凝土衬砌梯形渠道法向和切向的控制微
分方程并求解，获得了法向冻胀力、切向冻结力、法向冻胀位移、切向位移及截面内力的解析表达
式。该模型便于与规范成果相衔接，且提出了地下水深埋时的适用方法。（ ２）以新疆北部某渠道为例，
对本文模型、弹性支承法、弹性地基杆系有限元法计算的法向冻胀位移与观测值进行了对比分析。结
果表明，相比弹性支承法和杆系有限元法，本文模型更准确，在数值大小和变化规律上更接近观测
值。且当仅考虑单块预制板时退化为已有模型。用本文模型计算渠坡板上表面应力分布估算的易开裂
位置，与实地调查结果基本相符。（ ３）与现浇整体式渠道不同，由于存在不连续断面，衬砌法向冻胀
位移、接触面法向应力、截面弯矩和上表面应力均存在一定起伏，且出现正负交替现象。对各截面切
向位移的分析表明，切向位移自坡脚向坡顶非线性减小，已有模型中的线性分布假设不再适用。

参 考 文 献：

［ １］ 高占义．我国灌区建设及管理技术发展成就与展望［Ｊ］．水利学报，２０１９，５０（１）：８８ － ９６．

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