渠道塑膜防渗理论与机械化铺膜的关键技术研究

论文摘要

本文通过理论分析与试验验证相结合的方法,对输水渠道塑膜铺衬防渗的基本理论和在筑渠过程中实现机械化铺膜的关键技术进行了研究和探索。论文在系统综述国内外现有研究的基础上,分析了作为渠道防渗主体材料的塑料薄膜的力学特性。建立了塑料薄膜的胀破强度、顶穿强度、架空强度数学模型,分析了损伤对塑料薄膜强度的影响,给出了渠道出现长形裂缝和圆形孔洞条件下塑料薄膜强度的计算公式。对土保护层塑料薄膜防渗渠道的边坡稳定性进行了理论研究和探讨,建立了土保护层塑料薄膜防渗渠道在渠道水位突然下降和降雨条件下的边坡稳定的数学模型,分析了渠坡长度、渠坡角、土-膜摩擦角、保护层厚度以及土体内摩擦角对渠道边坡稳定的影响规律。建立了土保护层塑膜铺衬防渗渠道的多目标模糊优化数学模型,给出了多目标、多约束条件下土保护层塑膜铺衬防渗渠道的设计计算方法,并通过实例进行了验证,证明渠道的水力最佳断面并不是工程上的最佳实用断面。系统地建立了渠道机械化铺膜的设计理论,首次提出膜料滚主动同步放膜和毛刷随动仿形展膜技术;分析了放膜系统的动力学特性,并建立了膜料滚运动规律的数学模型;分析了放膜量波动产生的原因,设计了抗波动自适应放膜系统,对系统的抗波动能力进行了分析和量化,利用3ds Max5软件建立了梯形渠道塑膜铺衬机构与放膜量波动调节机构的实体模型,实现了工作过程计算机仿真分析。对塑料薄膜在渠床中的展开过程进行了分析,给出了梯形和U形渠道的“展膜锋线”的轨迹方程。研制了梯形、U形、台阶形渠道塑膜铺衬样机。运用均匀设计理论和UST软件对影响铺膜效果的主要因素进行了分析和试验,提出了渠道机械化铺膜效果的评价依据。试验证明铺膜机构性能满足设计要求。给出了梯形、U形和台阶形渠道的最佳铺膜参数组合,为实用机型和联合作业机组的开发提供了参考和依据。

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 渠道防渗的意义和作用
• 1.1.1 渠道防渗的意义
• 1.1.2 渠道防渗的作用
• 1.2 国内外渠道防渗措施及特点分析
• 1.2.1 渠道防渗措施简介
• 1.2.2 渠道防渗措施的比较
• 1.3 国内外防渗塑料薄膜的研究进展
• 1.3.1 土工膜的材料和种类
• 1.3.2 塑料薄膜物理力学特性的研究进展
• 1.4 国内外膜料防渗渠道施工技术研究现状和发展方向
• 1.4.1 施工技术研究现状
• 1.4.2 渠道防渗技术发展方向
• 1.5 国内外现有铺膜机构的特点简介
• 1.5.1 定轴被动铺膜机构
• 1.5.2 半定心被动铺膜机构
• 1.5.3 无定心随动铺膜机构
• 1.6 本文研究的主要内容
• 第2章 防渗渠道中塑料薄膜的受力状态与破坏形式研究
• 2.1 塑料薄膜的拉伸破坏强度试验研究
• 2.1.1 单向拉伸情况下塑料薄膜的应力-应变关系
• 2.1.2 式（2-1）中指数n 的确定
• 2.1.3 膜料无损伤单向拉伸试验
• 2.1.4 有擦伤情况下塑料薄膜的单向拉伸应力～应变关系
• 2.2 塑料薄膜的胀裂破坏强度试验研究
• 2.2.1 水压力作用下塑料薄膜的力学模型
• 2.2.2 有损伤情况下塑料薄膜的胀破试验研究
• 2.2.3 塑料薄膜的伸长变形
• 2.3 塑料薄膜的顶穿破坏强度试验研究
• 2.3.1 试验原理
• 2.3.2 室内试验结果与分析
• 2.4 塑料薄膜的架空破坏强度分析与计算
• 2.5 本章小结
• 第3章 塑膜铺衬防渗渠道的边坡稳定性的分析
• 3.1 边坡稳定的影响因素及计算理论
• 3.2 土保护层塑膜铺衬防渗渠道边坡稳定分析与计算
• 3.2.1 塑料薄膜防渗层结构稳定性分析
• 3.2.2 渠道水位变化时防渗层的抗滑稳定性
• 3.2.3 降雨情况下保护层的抗滑稳定性
• 3.3 土保护层塑膜防渗渠道边坡稳定性计算
• 3.3.1 计算条件
• 3.3.2 计算结果与分析
• 3.4 砼保护层塑膜铺衬渠道的冻胀破坏与力学分析
• 3.4.1 渠道衬砌体冻胀破坏的分析
• 3.4.2 渠道衬砌体的冻胀破坏形式
• 3.4.3 渠床冻胀的规律及影响因素
• 3.4.4 梯形砼衬砌塑膜防渗渠道冻胀破坏的力学分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 塑膜铺衬防渗渠道的参数优化
• 4.1 渠道最佳水力断面的理论分析
• 4.1.1 梯形断面
• 4.1.2 U 形断面
• 4.2 土保护层塑膜铺衬防渗渠道设计的多目标模糊优化
• 4.2.1 多目标多约束的模糊优化数学模型的建立
• 4.2.2 多目标模糊优化的最终求解模型
• 4.2.3 塑膜铺衬渠道多目标模糊优化设计计算
• 4.2.4 塑膜铺衬渠道设计参数对总体目标的影响规律分析
• 4.3 砼保护层塑膜铺衬防渗渠道的优化设计
• 4.3.1 数学模型的建立
• 4.3.2 数学模型的求解
• 4.4 本章小结
• 第五章 防渗渠道机械化塑膜铺衬的理论研究
• 5.1 塑膜防渗渠道机械化筑渠工艺的研究
• 5.1.1 土保护层塑膜防渗渠道机械筑渠工艺的研究
• 5.1.2 混凝土保护层塑膜防渗渠道机械筑渠工艺的研究
• 5.2 渠道塑膜铺衬机的结构设计和工作原理
• 5.2.1 铺膜机构的工作原理
• 5.2.2 结构特点
• 5.3 铺膜机构的动力学分析
• 5.3.1 膜料滚的受力分析
• 5.3.2 膜料滚的运动分析
• 5.3.3 膜料滚的动力学分析
• 5.3.4 放膜机构传动比的确定
• 5.4 放膜量波动调节系统的计算机仿真研究
• 5.4.1 波动量反馈信号的取出
• 5.4.2 四相并列连杆脉动无级变速器的传动原理
• 5.4.3 放膜系统抗波动性能分析
• 5.4.4 放膜量波动调节系统的计算机仿真
• 5.5 梯形及U 形断面渠的展膜过程分析
• 5.5.1 梯形渠的展膜过程分析
• 5.5.2 U 形渠的展膜过程分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 防渗渠道机械化塑膜铺衬机构的试验研究
• 6.1 试验材料和试验设计方法
• 6.1.1 试验材料
• 6.1.2 试验装置
• 6.1.3 试验设计方法
• 6.2 试验目标及其评价方法
• 6.2.1 铺膜效果的评价方法
• 6.2.2 试验指标的测定方法与过程
• 6.2.3 地轮滑移率和膜料滚滑移率的测定
• 6.3 梯形断面渠道的铺膜试验
• 6.3.1 试验准备
• 6.3.2 试验方案设计
• 6.3.3 试验过程与结果分析
• 6.4 U 形断面渠道的铺膜试验
• 6.4.1 试验准备
• 6.4.2 试验方案设计
• 6.4.3 试验结果与分析
• 6.5 台阶形断面渠道的铺膜试验
• 6.5.1 试验目标
• 6.5.2 试验安排和过程
• 6.5.3 试验结果分析
• 6.6 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文及其他成果
• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT