渠道冻融计算力学

　　本书针对渠道冻胀破坏涉及冻土水热力三场耦合及冻土与衬砌相互作用的复杂动态演化过程，以冻土水热力耦合理论和结构有限元法为基础，建立了渠道系统冻融计算力学理论，形成一套旱寒区渠道防渗衬砌结构计算方法和安全评价体系。本书共分为7章，分别从渠道冻融计算力学概述、渠道冻融计算力学理论基础、数值方法、渠道热力学分析、渠道热力耦合冻胀分析、渠道水-热-力耦合冻胀分析和渠道冻融计算力学应用案例等方面介绍了渠道冻融计算力学所需解决的关键科学和技术问题；可指导旱寒区渠道工程冻胀破坏防治的设计建设与运行管理。

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前言
第1章 渠道冻融计算力学概述
1.1 渠道冻融计算力学的意义
1.2 渠道冻融计算力学的目的
1.3 渠道冻融计算力学的内容
1.4 渠道冻融计算力学的基本方法
1.5 渠道冻融计算力学的基本工具
第2章 渠道冻融计算力学理论基础
2.1 土的冻结与冻胀
2.1.1 土冻结过程中的水分迁移
2.1.2 土中水冻结时的成冰作用与冷生构造
2.1.3 土的冻胀模型
2.2 多孔介质热方程
2.2.1 基本假设
2.2.2 冻土中的热流及基本方程
2.3 多孔介质渗流方程
2.4 联系方程
2.5 冻土力学本构
2.6 本章小结
第3章 渠道冻融计算力学基本数值方法
3.1 有限元理论
3.1.1 有限元基本原理
3.1.2 有限元理论基础
3.1.3 最小总势能法
3.1.4 有限元法的收敛性
3.1.5 有限元法求解问题的基本步骤
3.2 有限元计算技术
3.2.1 有限元插值的一般理论
3.2.2 刚度矩阵计算技术
3.2.3 单元插值函数数值微积分计算
3.2.4 有限元方程组解法
3.3 本章小结
第4章 渠道热力学分析
4.1 太阳辐射模拟
4.1.1 热辐射模型
4.1.2 模型验证
4.2 相变模拟
4.2.1 考虑冻土水分冻结相变的热力学模型
4.2.2 模型验证
4.3 界面接触热阻模拟
4.3.1 固体材料界面接触热阻(TCR)
4.3.2 TCR传热模型
4.3.3 案例分析
4.4 本章小结
第5章 渠道热力耦合冻胀分析
5.1 热力耦合冻胀数值模型
5.1.1 基本假定和方程
5.1.2 模型验证与分析
5.2 考虑水分迁移及相变对温度场影响的热力耦合冻胀数值模型
5.2.1 基本假定和方程
5.2.2 模型验证与分析
5.3 孔隙率模型
5.3.1 孔隙率函数
5.3.2 模型验证
5.4 本章小结
第6章 渠道水-热-力耦合冻胀分析
6.1 移动泵模型
6.1.1 控制方程
6.1.2 模型验证
6.2 非饱和冻土水-热耦合模型
6.2.1 非饱和冻土热参数
6.2.2 冻土水力学参数
6.2.3 结冰速率
6.2.4 模型验证
6.3 考虑冻土横观各向同性的水-热-力耦合冻胀模型
6.3.1 冻土横观各向同性弹性本构模型
6.3.2 冻土弹性力学参数的确定
6.3.3 理想塑性模型
6.3.4 模型验证
6.4 衬砌-基土接触面模型
6.4.1 模型提出
6.4.2 模型验证
6.5 考虑冻土冻融劣化的水热-力耦合冻胀-融沉模型
6.5.1 冻融土体弹塑性模型
6.5.2 土体冻融破坏强度准则
6.5.3 力学参数动态变化模型
6.5.4 模型验证与分析
6.6 本章小结
第7章 渠道冻融计算力学应用实例
7.1 新型衬砌材料与结构形式的防冻胀性能研究
7.1.1 聚合物涂层与沥青混凝土衬砌渠道冻胀性能
7.1.2 复合土工膜与纳米混凝土衬砌渠道冻胀性能
7.1.3 玻璃钢防渗渠道冻胀性能
7.1.4 高地下水位灌排渠道滤透式刚柔耦合衬护结构冻胀性能
7.2 渠基冻胀敏感性土换填措施防冻胀研究
7.2.1 砂砾土换填措施防冻胀分析
7.2.2 块石换填措施抗东融效果评价
7.3 保温板复合衬砌防冻胀研究
7.3.1 有限元模型与参数选取
7.3.2 温度场分析
7.3.3 水分场分析
7.3.4 衬砌板应力变形分析
7.4 新型自适应防冻胀衬砌结构——“适膜”“适变”“适缝”断面
7.4.1 “适膜”防冻胀技术
7.4.2 “适变”防冻胀技术
7.4.3 “适缝”防冻胀技术
7.5 寒区渠道的阴阳坡效应研究
7.5.1 阴阳坡温度场分布
7.5.2 阴阳坡水分场分布
7.5.3 阴阳坡衬砌板应力变形情况
7.6 高地下水位预制混凝土衬砌渠道冻胀破坏特性研究
7.6.1 预制混凝土板接缝数学模型
7.6.2 有限元模型与参数选取
7.6.3 温度场分析
7.6.4 水分场分析
7.6.5 衬砌板法向冻胀和接缝变形分析
7.7 本章小结
参考文献