第45卷第2期 2018年1月 安全质量 Safety andQuality
建 筑 技 术 开 发 Building Technology Development
闸 底 板 冻 胀 裂 缝 分 析
闰 金 良
(内蒙古 包头 市九原 区水利局 ， 内蒙古 包头 014060)
[摘 要 ]本文针对闸底板冬季停工过冬产生的裂缝进行温度场和应力场的有限元分析，结果表明，寒冷地区闸墩及其上部
结构未浇筑即停工过冬 ，冻胀会使闸底板门槽这一薄弱部位开裂。
[关键词 ]寒区冬季 ；闸底板 ；冻胀 ；裂缝
[中图分类号 ]TU712．3 [文献标志码 ]B [文章编号 ]1001—523X (2018)02—0114—02
A nalysis on Cracking of Bottom Plate of Sluice
G ate by Frost H eaving
Yan Jin—liang
[Abstract]This paper is to make a finite element of analysis on the temperature field and the stress field to the cracking appearing at the bottom plate of sluice gate due to leaving for the winter．The results indicate that in the cold regions the gate pier and its not pouring
superstructure are leaved for the winter，and the frost will cause the weak part of gate plate slot to crack．
[Keywords】winter of cold regions；bottom plate of sluice gate；frost heaving；cracking
在寒冷地区工程施工中，有时会浇筑完闸室底板，未浇
筑闸墩及其上部结构即停工过冬，来年复工时发现底板中间
位置出现裂缝。究其原因，冻胀是导致裂缝的主要原因。
l 问题分析及方程建立 一 般材料在温度变化时会产生体积变化，遇热膨胀，遇
冷收缩，当体积变化受到约束限制时就会产生应力。冻土的
冻胀变形类似于一般材料的热胀冷缩。
当土体温度降低至土内水分冻结，水分因冻结而体积膨
胀，产生冻胀应变。冻胀受土体约束产生冻胀力，冻胀力又
会引起未冻土体变形，产生冻胀位移 [1】。
需要特别指出的是，假定土颗粒在温度变化时体积不变，
只考虑土体中水分的冻胀应变，由此产生冻胀位移，建立热
力学方程式 (1) ：
丢 j+茜 l 考 j+ l 老 j c詈 一9 c
式中 ： 为导热系数 ；U为温度 ；C为热容 ； 为热源。
节点位移 U和单元总应变 s之间线性关系 的转换矩阵为
式 (2)：
e=Bu (2)
计算冻胀应变弓1起的位移时先算 出冻胀变形引起的初应
变 ，求得相应初应变引起的等效结点载荷，即冻胀载荷，然
后由冻胀荷载算出节点冻胀位移 U。
计算冻胀应变 ：在处理未冻土的应力应变关系时，考虑
塑性变形影响，采用未冻土的变形模量而不是弹性模量。因
此假设总冻胀应变 ：
0=￡e+0h
式中 ：e， 分别为弹性应变和冻胀产生的应变。
变 s。应满足胡克定律，即
(3)
弹性应
o-=De (4)
式中 ： 为应力矩阵 ；D为弹性系数矩阵。
计算冻胀应变，可用土体中无冻胀应力时参考温度的变
化量来计算，即
收稿日期 ：2017—10-09
作者简介 ：闫金良 (1976一)，男，内蒙古包头人，：[程师，主要研
究方向为水利技术管理。
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( ) ㈦
式中 ：二 为冻胀应变张量的变化率 ；Ⅸ ( )为随温度 f
变化的瞬时冻胀系数。
2 工程验证
本文针对实际工程进行计算，验证上述分析。
底板面积 (30．7mx11．6m)，厚度 1．2m，10月底浇筑完即
停工越冬，第二年复工发现底板中间门槽位置出现贯穿裂缝。
2．1 单元划分模型建立
针对本工程，把底板和底板 _F冻_十作为整体进行单元划
分，数值模型及单元划分情况见图l。
图1 数值模型及单=厄划分
2．2 初始条件及边界条件
底板面积 (30．7rexl1．6m)，地基深度取5倍 冻深为界，
闸
闸底板冻胀裂缝分析（论文）.pdf
