寒旱区输水渠道防渗衬砌结构极易发生冻胀破坏而影响灌区供水安全和稳定运行。为提高湿陷性黄土地基渠道的抗冻胀性能，以宁夏固海扬水灌区衬砌渠道为例，通过分析原型渠道冻胀破坏特征，基于提高防渗体抗冻胀变形能力的思路，提出了三种不同边坡系数、断面结构形式和边坡筑构材料的防渗结构优化方案，并应用ABAQUS软件，分别计算分析了不同方案的衬砌结构受热力耦合作用下的冻胀变形特征与受力状态。结果表明，在湿陷性黄土地区，弧底梯形渠道的抗冻胀性能普遍优于梯形断面渠道；在渠道防渗衬砌体基土之间加设一定厚度的水泥砂浆垫层，能有效减弱衬砌结构在冻胀作用下的应力集中现象；适当减小渠道边坡系数能有效减少渠道内的冻胀应力峰值；在三种衬砌改造结构中，其峰值应力减幅分别为70.49%、63.36%、27.68%,最大冻胀量降低率分别为7.70%、5.05%、-2.82%,选取边坡系数为1∶1.75的弧底梯形断面型式，并在混凝土防渗面板与基土间设置水泥砂浆垫层时，其抗冻胀效果最佳，可在同类地区推广应用。该研究结果为跨越湿陷性黄土地基的灌区渠道结构改造提供参考，也可为同类地区渠道的防冻胀设计提供依据。

寒旱区输水渠道防渗衬砌结构极易发生冻胀破坏而影响灌区供水安全和稳定运行。为提高湿陷性黄土地基渠道的抗冻胀性能，以宁夏固海扬水灌区衬砌渠道为例，通过分析原型渠道冻胀破坏特征，基于提高防渗体抗冻胀变形能力的思路，提出了三种不同边坡系数、断面结构形式和边坡筑构材料的防渗结构优化方案，并应用ABAQUS软件，分别计算分析了不同方案的衬砌结构受热力耦合作用下的冻胀变形特征与受力状态。结果表明，在湿陷性黄土地区，弧底梯形渠道的抗冻胀性能普遍优于梯形断面渠道；在渠道防渗衬砌体基土之间加设一定厚度的水泥砂浆垫层，能有效减弱衬砌结构在冻胀作用下的应力集中现象；适当减小渠道边坡系数能有效减少渠道内的冻胀应力峰值；在三种衬砌改造结构中，其峰值应力减幅分别为70.49%、63.36%、27.68%,最大冻胀量降低率分别为7.70%、5.05%、-2.82%,选取边坡系数为1∶1.75的弧底梯形断面型式，并在混凝土防渗面板与基土间设置水泥砂浆垫层时，其抗冻胀效果最佳，可在同类地区推广应用。该研究结果为跨越湿陷性黄土地基的灌区渠道结构改造提供参考，也可为同类地区渠道的防冻胀设计提供依据。

形状传感技术结合了应变-形状算法，使测点的应变与空间位置对应。该技术能真实地反映待测物的空间姿态与形状变化，可实现动态实时监测。该文提出了一种基于i Beam3单元的逆有限元法来实现管道变形状况的实时监测。建立了基于iBeam3单元的逆有限元法的理论框架模型；试验验证了其合理性；设计了冻土区管道变形试验，结合应变传感器所测表面应变信息建立逆有限元分析模型；实现了在整个冻融循环过程中对管道形状的重建。试验结果表明：该方法不仅能实时监测管道随土体冻融循环的完整变形过程，而且可以保证精度。在解决寒区管道结构健康监测问题上潜力巨大。

形状传感技术结合了应变-形状算法，使测点的应变与空间位置对应。该技术能真实地反映待测物的空间姿态与形状变化，可实现动态实时监测。该文提出了一种基于i Beam3单元的逆有限元法来实现管道变形状况的实时监测。建立了基于iBeam3单元的逆有限元法的理论框架模型；试验验证了其合理性；设计了冻土区管道变形试验，结合应变传感器所测表面应变信息建立逆有限元分析模型；实现了在整个冻融循环过程中对管道形状的重建。试验结果表明：该方法不仅能实时监测管道随土体冻融循环的完整变形过程，而且可以保证精度。在解决寒区管道结构健康监测问题上潜力巨大。

为研究高寒地区后张预应力混凝土箱梁的纵向裂缝成因及损伤机理,采用钻孔法检测结构内部损伤特征,并利用Abaqus有限元软件分析孔道冻胀过程中的混凝土损伤行为。结果表明:低温环境下预应力孔道内水泥浆水化反应不充分、泌水受冻结冰膨胀是梁体混凝土沿纵向开裂的主要原因。冻胀过程中,孔道边缘混凝土率先受损,随后腹板内、外表面同时沿纵向开裂,底板顶面最晚出现纵向裂缝。基于纵向裂缝成因,提出采用排水注胶法,可有效地修复受损梁体。

为研究高寒地区后张预应力混凝土箱梁的纵向裂缝成因及损伤机理,采用钻孔法检测结构内部损伤特征,并利用Abaqus有限元软件分析孔道冻胀过程中的混凝土损伤行为。结果表明:低温环境下预应力孔道内水泥浆水化反应不充分、泌水受冻结冰膨胀是梁体混凝土沿纵向开裂的主要原因。冻胀过程中,孔道边缘混凝土率先受损,随后腹板内、外表面同时沿纵向开裂,底板顶面最晚出现纵向裂缝。基于纵向裂缝成因,提出采用排水注胶法,可有效地修复受损梁体。

为解决在工程实践应用中保证工程质量问题,采用理论分析和数值模拟的方法进行验算求证方案设计的可靠性,以上海轨道交通15号线与9号线换乘通道下穿普天基地地下车库为背景,研究了因地质条件比较复杂,传统施工工艺已无法满足设计要求,利用ANSYS有限元软件,选取合适的物理参数对冻结壁的温度场进行数值模拟,利用有限元法进行冻土帷幕的受力分析与变形计算的问题.研究结果表明:45 d、60 d、90 d时冻土帷幕内侧局部存在应力集中但是范围很小,且冻土帷幕角部是圆弧过渡的并且冻土帷幕中间尚有土体或支撑,位移变化很小满足施工设计要求.研究结论水平冻结法克服了传统工艺无法满足设计要求的缺陷,解决了冻土帷幕中温度场变形问题.

针对高原寒区多年冻土环境中的地下工程防护问题,在考虑冻土特性和环境对冻土性能的影响基础上,对多年冻土的抗侵彻性能进行了数值模拟研究。依据冻土分布和力学基本性能,考虑温度梯度对冻土抗剪指标的影响,采用LS-DYNA有限元法建立了高原寒区多年冻土层的抗侵彻计算模型。弹体和靶板分别采用J-C和D-P模型,并加入失效准则使模型更加贴近侵彻实际。通过数值模拟并对比理论计算和经验公式,认为冻土温度的连续性变化对冻土抗侵彻性能的影响较为显著,与前期理论计算结果较吻合,可为高原寒区地下工程建设的防护计算提供理论依据。

针对高原寒区多年冻土环境中的地下工程防护问题,在考虑冻土特性和环境对冻土性能的影响基础上,对多年冻土的抗侵彻性能进行了数值模拟研究。依据冻土分布和力学基本性能,考虑温度梯度对冻土抗剪指标的影响,采用LS-DYNA有限元法建立了高原寒区多年冻土层的抗侵彻计算模型。弹体和靶板分别采用J-C和D-P模型,并加入失效准则使模型更加贴近侵彻实际。通过数值模拟并对比理论计算和经验公式,认为冻土温度的连续性变化对冻土抗侵彻性能的影响较为显著,与前期理论计算结果较吻合,可为高原寒区地下工程建设的防护计算提供理论依据。

针对高原寒区多年冻土环境中的地下工程防护问题,在考虑冻土特性和环境对冻土性能的影响基础上,对多年冻土的抗侵彻性能进行了数值模拟研究。依据冻土分布和力学基本性能,考虑温度梯度对冻土抗剪指标的影响,采用LS-DYNA有限元法建立了高原寒区多年冻土层的抗侵彻计算模型。弹体和靶板分别采用J-C和D-P模型,并加入失效准则使模型更加贴近侵彻实际。通过数值模拟并对比理论计算和经验公式,认为冻土温度的连续性变化对冻土抗侵彻性能的影响较为显著,与前期理论计算结果较吻合,可为高原寒区地下工程建设的防护计算提供理论依据。