渠基土室内换填冻胀试验

姜国辉，田金玉，王思文，李玉清

（沈阳农业大学水利学院，沈阳110161）

渠道冻胀破坏是农田灌溉水利用率低的原因之一，解决渠道冻胀破坏对提高农田水利用效率有着重要意义。土体经过多次冻融循环之后，土体容重、孔隙度、渗透系数均有不同程度的变化[1]，导致每年渠基土冻胀程度不尽相同，混凝土衬砌板经过反复不均匀冻胀、沉降之后，产生裂缝、抬起等破坏。GRAHAMJ等[2]针对渠道冻胀破坏问题进行了渠基土试验，指出渠基土经过一个冻融循环周期后，土体原有结构有很大程度的破坏。持续负温、充足孔隙水是冻胀敏感性土体发生冻胀破坏必不可少的条件[3]。目前，渠道防冻胀措施主要针对水分和温度进行控制，换填法是当前渠道防冻胀有效措施之一[4]。换填法是将渠基原有的冻胀敏感性土，部分或全部替换成弱冻胀性或无冻胀性土，减小渠基土冻结厚度，降低渠基土体内部孔隙水含量和毛管水上升高度，进而有效地削减渠基土冻胀量，达到削减渠道衬砌板上冻胀应力，降低渠道冻胀破坏的目的。换填深度因土壤类型、冻结深度、地下水埋深等因素不尽相同[5]。近年来，许多学者已经对换填法进行了大量的研究。申利刚等[6]通过有限元分析指出换填粉细沙换填率达到90%以上时，可基本消除渠道冻胀量。徐峰等[7]通过ANSYS软件对渠基土换填进行数值模拟得出换填后的渠道冻胀量较无换填明显降低。王文杰等[8]通过对渠道原型冻胀量进行有限元分析指出不同换填深度时渠道衬砌板上法向冻胀量较无换填时整体减小并且分布更加均匀。……