“U”形缝合论文 篇1
1 资料与方法
1.1 一般资料
本组患者86 例, 男59 例, 女27 例;年龄22～78 岁, 平均46.6 岁。左侧42 例, 右侧44 例。车祸伤30 例, 摔伤47 例, 打击伤5 例, 坠落伤4 例。闭合性骨折74 例, 开放性骨折12 例。所有患者均为粉碎性, 术中探查骨块3～10块不等。手术时间为3 h～8 d, 平均2 d。
1.2 治疗方法
采用腰麻或硬膜外麻醉, 取平卧位, 大腿根部上气囊止血带, 常规消毒、铺巾, 压力80 kPa。取膝前正中直切口, 长度以能显露髌骨上下极为宜。常规显露髌骨上下极、断裂的韧带和两侧支持带, 清除关节腔内积血及骨折间的凝血块, 辨别碎骨块的解剖关系, 在直视下将碎骨块复位并通过扩张部检查髌骨关节面是否平整, 辅以巾钳临时固定。然后用直径1.5 mm的克氏针沿相邻骨折块纵轴平行或垂直钻2个孔, 用腰穿套管针分别穿过骨隧道, 由针芯引出1号可吸收丝线, 收紧后“U”形结扎缝合固定。严密缝合断裂的髌前腱膜。根据髌骨的大小选择合适的记忆合金聚髌器, 并用0℃的无菌生理盐水与冰块混合物浸泡。用撑开钳将聚髌器的5个功能爪展开, 在髌骨上下缘爪支对应位置用尖刀刺入1 cm长小口, 以上3爪下2爪的方式放入并使聚髌器的腰部紧贴髌骨表面。取40～45℃的消毒热水纱布均匀热敷聚髌器, 同时用拇指按压聚髌器腰部, 3 min后聚髌器即可自行固定在髌骨上, 产生持续的自加压力。固定完毕后, 被动屈伸膝关节检查复位固定情况及膝关节稳定性, 沿股四头肌扩张部裂隙用手指触摸髌骨关节面, 检查平整后彻底止血, 逐层缝合伤口。
1.3 术后处理
术后伤口加压包扎, 无需外固定。术后第2天开始下肢持续被动运动训练, 每日2次, 每次半小时;术后第3天开始股四头肌等长收缩训练;术后1周开始膝关节主动屈伸训练并可下床扶拐适度活动;术后4周可弃拐行走。
2 结果
2.1 疗效评定标准
参照陆裕朴等[1]疗效评定标准, 优:膝关节功能正常, 无疼痛和肌肉萎缩, 行走自如, 屈伸及下蹲无障碍;良:膝关节功能接近正常, 无疼痛, 轻度肌肉萎缩, 行走自如, 下蹲稍差;可:时有疼痛, 轻度肌肉萎缩, 屈曲略受限但大于90°, 平路无破行, 上下楼及下蹲不便。
2.2 治疗结果
本组86 例均得到随访, 时间6～36个月, 平均14个月, 骨折愈合时间6～10周。术后均无感染、延迟愈合、不愈合及内固定松动、脱出或断裂发生。本组优70 例, 良12 例, 可4 例, 优良率95.3%。
3 讨论
3.1 髌骨的解剖结构和功能
髌骨是膝关节的重要组成部分, 它提供了下肢伸肌系统的弯矩作用力臂, 在力学上具有力量传导及运动支点的功能。髌骨骨折属于关节内骨折, 最大的危害是使伸膝装置失去力量传导的连续性, 骨折块的移位分散可使牵拉膝关节的运动支点失去作用, 同时关节面不平滑亦可使髌骨关节受到异常摩擦引起创伤性关节炎和运动疼痛。
3.2 本方法治疗髌骨粉碎性骨折的优点
对于粉碎的髌骨骨折其预后主要取决于4个方面:a) 尽可能保留髌骨;b) 充分恢复其后关节面的平整;c) 恢复股四头肌扩张部的横行裂伤;d) 早期锻炼股四头肌。以往的内固定方法常采用单纯钢丝或丝线环扎、克氏针钢丝张力带及单纯记忆合金聚髌器治疗。如采取单纯钢丝或丝线环扎固定, 很难整复后关节面, 可能是因为钢丝等很难真正在髌骨某一适中的同一额状面周缘环绕缝扎, 以致收紧结扎时不易获得良好的对位, 造成关节面阶梯变和前方张开[2]。这样就使得关节软骨面不光整, 有缺损, 产生台阶, 造成关节磨损退变。克氏针钢丝张力带内固定对髌骨粉碎性骨折, 尤其是下极粉碎不易固定[3]。严重粉碎性骨折内固定时, 骨折块间穿针存在一定困难, 而且不能兼顾所有骨块, 容易移位。同时由于锻炼不当导致克氏针松动, 针尾留置过短导致钢丝脱落, 留置过长刺激皮肤产生疼痛, 从而影响治疗效果。单纯记忆合金聚髌器内固定, 对严重髌骨粉碎性骨折因其爪支的方向及数量相对固定, 还不能充分满足各种骨折块需要, 造成使用上的局限性。而采用丝线“U”形缝合结合记忆合金聚髌器内固定适用于各型髌骨严重粉碎骨折, 两种固定方法互补, 对大小骨块均良好复位固定, 恢复髌骨的形态及大小, 消除骨缺损, 利于骨折愈合, 避免了髌骨切除对膝关节功能康复带来的不良后果, 可作早期关节伸屈活动, 下床时间早, 关节功能恢复好。
3.3 注意事项
a) 手术入路选择膝前正中直切口, 这样能充分显露手术视野, 解剖关系清晰, 操作方便, 损伤小, 更适合早期关节功能锻炼, 不损伤隐神经或膝降动脉髌下支[4];b) 术中尽量保持髌前腱膜的完整性, 利用此软组织的合页连接, 使碎骨块不至于分散、游离;c) 尽量恢复髌骨关节面平整, 避免台阶出现;d) 选择合适型号的记忆合金聚髌器, 否则不能对骨折产生有效固定, 且易产生松动脱落;e) 爪支展开要适度、均匀, 不可使之产生过大形变, 否则难以获得满意的记忆功能;f) 根据上下大骨块骨折面的形状及走行, 适当调整记忆合金聚髌器的安放, 使聚髌器纵轴与主要骨折面垂直, 不必非垂直纵行放置, 尽量发挥张力带作用[5];g) 聚髌器腰部应紧贴髌骨表面, 避免翘起引发固定效果不良;h) 关节腔应仔细冲洗, 避免残留碎骨屑、凝血块等造成膝关节黏连、游离体;i) 仔细修补两侧扩张部, 以利于髌骨稳定;j) 术后应尽早行最大限度的膝关节功能锻炼, 防止膝关节术后黏连, 促进关节功能恢复。
参考文献
[1]陆裕朴, 徐来堂.部分切除术治疗髌骨横断及一端粉碎骨折的远期疗效[J].中华骨科杂志, 1985, 5 (5) :280.
[2]秦步平, 黄永刚, 马向阳, 等.形状记忆合金髌爪固定髌骨骨折178例报告[J].实用骨科杂志, 2006, 13 (4) :364.
[3]明立功, 明心杰, 明新广, 等.髌骨306例手术治疗体会[J].骨与关节损伤杂志, 2000, 15 (5) :373-374.
[4]黄卫国, 李玉民, 袁义明, 等.膝前正中直切口镍钛聚髌器治疗髌骨粉碎性骨折[J].中华骨科杂志, 2007, 27 (7) :514.
“U”形缝合论文 篇2
关键词：渠灌区,U形渠道,量水设施
渠道输水是灌区灌溉的主要形式,据统计全国有大中型灌区5 000多处,渠灌区灌溉水利用系数低,灌区灌溉水利用系数平均在0.5以下[1],尽早实现灌区渠道U形化,是提高灌区灌溉水利用系数的主要途径。U形渠道具有优越的水力条件,占地少、结构整体性高、耐冻胀、管理方便,是灌区普遍采用的渠道输水形式,部分地方政府已把渠灌区渠道U形化作为强制标准推行。但U形渠道的量水槽的研究、形式选择、量水精度等问题始终是制约灌区U形渠道发展的瓶颈,U形渠道流速分布规律及其流量测量仍处于发展探索阶段。目前已出现的U形渠道测流槽种类很多,主要有3种形式。依托灌区的实际条件,针对3种形式测流槽,从量水精度、制作工艺、理论计算、制作材料和制作成本等方面对3种形式测流槽进行比较分析。
1 U形渠道测流设施
从U形渠道发展以来,先后出现了多种测流设施,但大部分测流设施仅处于理论研究阶段,目前比较成熟的测流设施主要有3种[2,3,4]:即U形抛物线形喉口式量水槽、U形直壁式量水槽、U形(圆底形)喉道测流槽。这3种形式的测流槽在测流精度、设施建设难度、工程造价、测流范围等方面各有千秋:U形抛物线形喉口式量水槽结构简单、外形与U形渠道衔接自然,呈良好流线型,水头损失小,有利于渠道流沙及漂浮物通过;U形直壁式量水槽结构较复杂,壅水高度大,在小流量时量测精度高,且可以从理论上计算出水位-流量关系曲线;U形(圆底形)喉道测流槽体型较大,也能从理论上计算出水位流量关系,但施工难度较前两者大。
2 U形渠道量水槽量水精度的比较
3种形式量水槽因体型结构的差异,在量水范围和量水精度方面误差各异,这使灌区在选型时难以把握,对U形渠道量水槽在灌区实现标准化增加了难度。参照质量技术监督部门的测量结果,在测量时,为了减小测量误差,在同一试验场,采用相同渠道坡降、相同糙率,制作3条测流渠道,分别制作3种形式的测流槽。用矩形堰测量数据作为基准(按照灌区量水标准,矩形堰测量误差一般在2%范围以内,和灌区渠道测量误差要求的5%相比,完全可以作为基准测量数据,同时,3种形式测流槽主要应用在灌区斗渠以下各级渠道,用矩形堰的测流作为基准测流堰是可以满足要求的),分别测量了U形渠道直壁式量水槽、U形渠道抛物线形喉口式量水槽和U形圆底形喉道式测流槽的量水精度,测量结果如图1、图2、图3。
从图1-3可以看出:3种形式测流槽测流结果均小于矩形堰测试结果,其结果是正确的。因3种形式测流槽体形均比矩形槽体形复杂,与水流接触面大,对水流产生的摩擦力大,而且3种形式测流槽均采用收缩过水断面以形成上下游水头达到测流的目的,因此其测量结果一定小于矩形槽测流结果。但其测量结果均满足灌区测流要求。经测量,直壁式测流槽在测试范围内,最小误差1.454%,最大误差3.372%;抛物线形喉口式量水槽在测试范围内,最小误差1.062%,最大误差4.591%;U形圆底形喉道式测流槽最小误差1.075%,最大误差3.8%。对比分析发现:直壁式测流槽在小流量时误差稍大,大流量时误差较小,而抛物线形喉口式量水槽和U形圆底形喉道式在小流量时误差较小[6],大流量时误差较大(灌区测流误差上限5%)。为了更好的对比分析3种形式测流槽的测流效果,在宝鸡峡灌区渠道上对U形渠道不同底坡、不同渠道倾角和不同渠道糙率情况下设置3种量水槽的量水精度进行了比较,渠道型号主要选取灌区常用的渠道断面进行测试,选取H40D30、H60D60、H80D80型号,对应倾角取0°、8°,渠道糙率取灌区目前混凝土衬砌的施工水平,即取n=0.013,测试结果如表1所示。
从表1测试结果分析:在半干旱半湿润灌区实际测量,3种形式测流槽测量精度均满足灌区量水要求,相比之下,U形渠道直壁式量水槽的量水精度稍高,但其壅水高度也稍高,与《渠灌类型区农业高效用水模式与产业化示范》项目实际测试结果一致[5]。
3 U形渠道量水槽制作工艺的比较
为了对比分析3种形式测流槽的制作难易程度,在室内和室外分别现场制作了D40、D44两种断面、倾角分别为0°和8°的U形混凝土渠道,所用材料均与U形渠道衬砌所用材料一致,在现场制作时均采用普通C15混凝土,按照3种形式测流槽体型参数,在D40、D44两种断面、倾角分别为0°和8°的U形混凝土渠道上对比制作,以U形长喉道量水槽的制作最为复杂,抛物线形喉口式量水槽制作难度次子,直壁式测流槽制作精度最易控制。
U形长喉道量水槽的制作工艺最为复杂,分析其原因主要为:①U形长喉道量水槽底部断面缩小,尺寸控制起来较难;②测流槽底部与原渠道底衔接时须改变尺寸,增加了制作的难度;③渠道与测流槽的衔接须采用扭面连接,控制难度较大。但由于长喉道量水槽量水段长度大,水流平稳,变形对量水精度影响相对较小。U形渠道抛物线形喉口式量水槽的喉口为抛物线,在制作时采用钢板或木板按照抛物线方程制成模具,安装在已建渠道上再进行测流槽修建,难度较小,但与U形渠道相连接时过渡段仍为扭面,制作精度不易控制;另外,抛物线形喉口式量水槽底部要求水平,须对原渠道底部要进行整平,增加了施工难度,抛物线形喉口式量水槽属于短喉道量水设施,变形对量水精度影响较大。U形渠道直壁式量水槽施工相对简单,究其原因:①U形渠道直壁式量水槽其喉道两侧均为直墙,施工精度易于控制;②U形渠道壁与测流槽直壁连接采用椭圆曲线连接,用方程可以控制精确较高;③因喉道两侧均为直墙,与渠道壁间隔变大,致使施工用料增加;④直壁式测流槽底部与U形渠道底部形状一致,精度容易控制,直壁式量水槽也属于长喉道测流设施,变形变形对量水精度影响相对较小。
4 U形渠道量水槽体形计算比较
3种形式的测流槽的测流原理均为改变过水喉道宽度以产生测流槽上下游水位差来实现测流目的。从3种形式的测流槽体型结构来看,U形长喉道量水槽和直壁式量水槽均属于长喉道量水槽,长喉道量水槽按照水力学原理,可以在一定范围内将试验率定的水位-流量关系换算成原形值,也可以通过边界层理论推算测流槽的水位-流量关系曲线。在渠道测流时,可以通过改变量水槽的喉道宽度、槽底拱起的几何尺寸满足不同尺寸断面渠道的量水要求。U形渠道抛物线形喉口式量水槽从体型结构上属于短喉道式量水槽,短喉道量水槽的水位-流量关系必须经过试验率定,对于不同尺寸断面,其关系式不尽相同,在灌区实际应用中,须根据灌区渠道的实际情况进行实验室率定,然后同比尺换算,但不得同比尺放大或缩小,否则量水精度[7]不能满足灌区量水要求。
5 材料用量和耐久性比较
3种形式量水槽虽体型结构有所差异,但均属于小型渠道量水建筑物,其材料用量与渠道衬砌相比均非常少。经在宝鸡峡灌区二十斗渠、泾惠渠灌区三斗渠等渠道中实际制作,其用料相差很小,平均用料(混凝土材料)均不超过0.2 m3。因此,3种形式的量水槽材料用量的差别可以不考虑。但三者之间的用工时差异较大,以抛物线形喉口式量水槽最少,直壁式量水槽用工次之,U形长喉道量水槽用时较多。
为了提高灌区水利用率,提高灌区的经济效益,目前灌区渠道已基本衬砌,测流槽是在衬砌的渠道上安置,因此测流槽均采用混凝土制作,其耐久性基本相同。
6 结论与建议
本文从3种形式量水槽的量水精度、制作工艺、理论计算、材料用量、耐久性等方面进行了比较分析。3种形式量水槽差异较大在于量水精度、制作工艺和理论计算方面,其他方面相差甚小,但综合进行分析,U形渠道直壁式量水槽相对较优。因没有进行多泥沙渠道实际测试,对于多泥沙渠道的输沙能力不予评价。现将3种不同型式的测流槽的分析结果列于表2,供灌区工作者使用时参考。
参考文献
[1]俞双恩,左晓霞,赵伟.我国灌区量水现状及发展趋势[J].节水灌溉,2004,(4):35-37.
[2]陕DB61/T280,陕西省地方标准:U形渠道直壁式量水槽[S].陕西省水利厅,陕西省质量技术监督局,2000.
[3]陕DB61/T281,陕西省地方标准:U形渠道抛物线形喉口式量水槽[S].陕西省水利厅,陕西省质量技术监督局,2000.
[4]陕DB61/T282,陕西省地方标准:U形渠道U形长喉道量水槽[S].陕西省水利厅,陕西省质量技术监督局,2000.
[5]吴普特,范兴科,牛文全,等.渠灌类型区农业高效用水模式与产业化示范[J].农业工程学报,2003,19(4):36-40.
[6]吕宏兴,吕德生.U形渠道断面测流方法[J].中国农村水利水电,2001,(7):24-25.
人生的U形幸福曲线 篇3
Happiness follows a U-shaped curve during a person's lifetime, according to research showing that middle-aged people are the unhappiest.
Satisfaction with life starts to drop as early as a person`s late 20s and does not begin to recover until well past 50, says Bert van Landeghem, an economist at Maastricht University in Belgium.
While young adults are carefree and full of hope for the future and the over-50s have come to terms with the trials of life, the research indicates that those in the middle feel weighed down by the demands on them.
The study found “a substantial （大量的） dip （下降） in happiness during the middle of people's lives is the equivalent to becoming unemployed or losing a family member”.
The conclusions come in a study of how people perceive （感知） their wellbeing （幸福）.
While happiness did return with age, but older people did not actually recapture the spirit of their youth. They simply learnt to be satisfied with their lot(生活状况).
A U-shaped happiness curve does not necessarily imply that a 65 year-old prefers his own life to the life of a 25 year-old. Both the 25 year-old and 65 year-old might agree that it is nicer to be 25 than to be 65. But the 65 year-old might be more satisfied, as he has learned to be satisfied with what he has.
Studies around the world have shown that happiness tends to dip in midlife, and that this was not just a phenomenon confined to the Western world.
Lewis Wolpert, emeritus professor of biology at University College London, said happiness could peak as late as 80. In a book called You're Looking Very Well, Prof Wolpert said most people were “averagely happy” in their teens and 20s, but this declined until early middle age as they attempted to support a family and career.
He added: “From the mid-40s, people tend to become ever more cheerful and optimistic, perhaps reaching a maximum in their late 70s or 80s.”
An easing of the responsibilities of middle age, maturity and an increased focus on the things we enjoy contributed to the trend, he said.
U形思维 篇4
--在1943年2月调集4个德国师和1个意大利师的联合特种部队，以及南斯拉夫的傀儡军队，集中围攻铁托领导的南斯拉夫西波斯尼亚和中波斯尼亚解放区，企图消灭铁托率领的这支民族解放部队。为了粉碎纳粹的阴谋，铁托率领由4个师组成的突击队，并掩护4000名伤员，向东南方向突围，转移到门的内哥罗地区。这次规模巨大的战略转移事关全局，为确保战略转移成功，铁托命令各地部队加强对德军的牵制，分散德军的注意力，间接策应突击部队。而转移行动成功的关键，是必须安全渡过涅列特瓦河。
铁托的突击部队被德军困在了河的左岸，而德意法西斯部队则加紧了从涅列特瓦河的上游对铁托部队构成包围态势。为尽快过河，突击部队几次向桥头发起突击，但都被德军的密集火力所击退，形势十分危急。
这时，铁托一反常规，果断命令：“炸桥!”突击队员在桥头埋下炸药，“轰”的一声巨响，大桥塌了一段。为了迷惑敌人，炸桥后，铁托命令部队迅速撤退。德军这时似乎“恍然大悟”，以为铁托的部队不是要过河，而是要到河的左岸进行活动，所以才炸掉大桥，以阻止德军过河进攻。德军朝河对岸一看，突击队像一阵风一样席卷而去。德军大呼上当，连忙转到下游的渡口过河追赶突击队。铁托的部队兜了一个大圈，看到德军上当后，铁托命令突击队重新返回桥头。这时，德军只顾追击铁托的部队，河对岸只设有一个德军把守。突击队挖好工事，建立桥头阵地，作好阻击纳粹兵的准备。同时，铁托命令突击队以最快的速度，借助原来的旧桥墩，连夜在断桥处搭起一座简便的吊桥，将坦克大炮等重武器推到河里，人员携带轻武器，闪电般地渡过了涅列特瓦河，进入了门的内哥罗地区。
德军拼命追击铁托的部队，以为合围成功，朝着山谷持续炮击，并运用轰炸机疯狂轰炸了好几天，结果发现大山中空空如也。当德军接到铁托部队早已从断桥处渡过了涅列特瓦河的消息时，不禁大吃一惊，这才恍然大悟：突击部队先炸桥，是为了转移视线，迷惑他们，掩护过桥的真实意图，使德军判断错误;然后又佯装撤离，采用调虎离山之计诱敌上当，当德军中计离开大桥后，突击部队就可以从容不迫地搭桥过河了。
等到突击部队安全过河后，铁托又命令把大桥全部炸掉，以防止德军过桥追击。后悔不迭的德军掉头追击铁托的部队。可是，等他们到达涅列特瓦河的断桥处才发现，连原来的断桥也没有了，早已被突击队彻底炸光。
胜敌自有妙计，强攻不如智取。将在智而不在勇，军事谋略创新始终是指挥员的第一职责。铁托的高明之处就在于他运用了非凡的创新思维——U形思维，让思维来一个180度的大转弯，并以这种U形思维为基础巧妙实施连环计：
先炸桥——后搭桥——再过桥——最后再炸桥
从心理方面来说，这种思维有着自身的创新点，那就是在充分了解了对方的心理需要之后，采取因势利导、投其所好、顺应敌意的思维方法，这样就能满足敌人的心理需求。在他们得到满足之后，必然会放松警惕，此时，你就要充分利用好的形势，顺利击败对方。
最初的人类并不了解煤油，主要是使用木炭和煤来取火做饭。但为什么后来煤油被人类广泛应用呢?原来是美国一家销售煤油炉和煤油的公司，通过各种方法来向大家宣传使用煤油的好处，他们认为这样就可以使煤油为大家所熟悉。但没想到，人们仍然对煤油不感兴趣。
就在面临没有市场的重大压力时，这家公司的老板找到了一种方法来使大家喜欢煤油。那就是向人们赠送煤油。他的目的就是希望通过人们尝试使用，肯定会发现煤油的好处，然后就会喜欢它，这样市场就打开了。没想到，他的猜想一点都没有错。使用过煤油的用户纷纷叫好，并且继续索要赠品。没想到，之前积压的煤油很快就没有了。看到这种情况，员工们都非常心疼，但老板并没有表现出什么。
不久，有一些顾客找上门来，询问并购买煤油，再后来，竟有顾客要求购买煤油炉。原来，人们在使用煤油炉后，发现其优越性较之木炭和煤十分明显。家庭主妇们在煤油炉用旧用坏后，仍然希望继续使用煤油炉，只好向公司购买新的煤油炉。在循环往复中，这家公司的煤油炉自然久销不衰。
这个案例，也是U形思维的体现。公司老板避直就曲，“欲取之，先予之”，通过赠送的方式，在消费者尝到甜头、对其产品产生了依赖性后，销路自然就打开了。U形思维，常常是创新者用来解决难题的一种思考手段。
日本很多企业都采用U形决策法，其决策过程是：由上层机构提出方针，经员工讨论，提出合理化建议，再由上层作出最终抉择。这种决策的运行轨迹与英文的大写字母“U”十分相似，故称U形决策。采用U形决策法，是因为人们发现企业要跳出经营多年的老本行，参与新行业、新产业的竞争，在全新的领域发现机会，靠少数人决策是很难成功的。为了使每个员工都热爱企业，与企业共存共荣，以提高企业的竞争力，就必须采用U形决策法。
为了实施U形决策法，他们改革了刻板的人事制度，实施企业内招考制度。每个员工都可以根据决策的需求，以及部门职务的空缺和自己的能力，直接向人事部门经理申请报考。松下电器公司为了鼓舞员工想办法、出主意，专门建立“企业内风险制度”，规定：谁提出好的建议，拿出好的方案，谁就可以出面“组阁”。
在改革陈旧人事管理制度的同时，他们还对包括参与决策在内的成绩出众的生产经营者，给予物质和精神上的双重奖励。在物质方面，加大一年两次奖金的数额，再额外增加红利以及合理化建议专项奖金;
同时，把参与决策的成绩作为晋级加薪考核的依据之一。
“U”形缝合论文 篇5
渠道防渗工程利国利民, 利用渠道衬砌与防渗技术, 可减少渗流量高达90%, 是我国应用最普遍的节水措施之一[1], 渠道防渗技术可以防止土壤沼泽化和土壤盐碱化, 大大提高渠道水的利用系数, 确保农业的持续发展;还可以防止渠道淤积、坍塌和冲刷等破坏, 节约维修管理费用成本[2]。刚柔复合衬砌结构具有适应冻融变形、胀而不裂和防渗、减轻冻胀的特性, 能同时有效解决渗漏和冻胀问题。南水北调中线工程S11标段[3], 渠道全部采用刚性混凝土板衬砌下增设柔性复合土工膜的加强防渗结构形式, 对设计冻胀量小于1cm的渠段, 复合土工膜直接铺在渠道内坡面土基上, 设计冻胀量大于1cm的渠段, 先在土坡基面上铺设聚苯乙烯泡沫保温板, 复合土工膜铺于保温板上。这样的刚性混凝土板加柔性复合土工膜的复合防渗衬砌结构形式, 经济地解决了原来15~20cm厚混凝土板都不宜抵抗住的冻害问题。与梯形渠道相比, U形断面渠道具有水力条件好, 整体性好, 输沙能力强, 防渗效果优, 减少衬砌工程量等优点[4,5]。因此得到了广泛的应用。
但是在我国冻土区, 衬砌渠道冻胀破坏现象严重, 文献[6-9]指出, U形渠道由于各部位的日照强度、走向不相同以及土质等存在差异, 则各部位的负温和水分状况不同, 冻结状态也不同, 上部比下部冻深大, 阴坡比阳坡冻深大, 且冻胀分布不均匀。渠基土的冻胀是热力学水、热、力三场耦合作用下的破坏[10,11]。U形渠道往往发生朝向阳坡的微小偏转和位移, 整体微小的局部上抬, 在阴坡圆弧段与直线段相切附近冻胀力较大的地方比较容易出现冻胀裂缝。文献[12-14]对刚性混凝土U形渠道的冻胀破坏进行了力学分析和内力计算, 而对复合衬砌结构没有涉及。
复合土工膜是一种柔性材料, 本身具有很好的伸缩性, 能抵消一部分变形。加入复合土工膜, 并考虑其与冻土间的摩擦力后, 由于复合土工膜与接触料之间的摩擦系数小于接触料自身的摩擦系数[15,16], 这就使得基土对衬砌体的滑动约束减小, 能释放一部分的切向约束力, 能起到一定的抗冻胀作用, 加之土工膜有很好的防渗作用, 能减少冻胀的水源补给。因此, 复合土工膜与混凝土板相结合的复合衬砌形式有利于渠道的抗冻胀破坏;本文在刚性混凝土U形衬砌渠道的基础上, 通过铺设复合土工膜, 形成土工膜与刚性混凝土相结合的复合衬砌结构, 提出了相应的假设, 进行了相应的简化, 建立了冻胀破坏的力学模型, 并对内力进行了计算和对抗裂条件进行了验算, 探讨了复合土工膜对衬砌体结构破坏的影响, 揭示了复合防渗渠道的冻胀机理, 为土工膜复合防渗衬砌渠道的进一步应用提供参考。
1 力学模型的建立
季节冻土区的土体产生冻胀是因为土体中的水分在负温作用下发生相变, 体积变大, 从而使得土体发生冻结和冻胀, 体积随之增大, 产生冻胀量。在没有外部约束的条件下, 冻胀量能得到自由释放。U形混凝土衬砌渠道冻胀破坏的根本原因一方面是衬砌结构的刚度相对较小, 抗弯以及抗拉能力较差, 另一方面是由于渠道衬砌体约束了土体的自由冻胀, 反过来土体将会对衬砌体产生冻胀力和冻结力, 当冻胀力和冻结力达到极限状态时, 复合衬砌结构是在冻胀力、冻结力、重力、底板与坡板相互约束力、土工膜与渠基土壤的摩擦力共同作用下发生的破坏, 在建立力学模型时, 需要根据以上冻胀破坏的特征和原因作出相应的假设和简化。
1.1 模型基本假设及简化
(1) 混凝土衬砌板和渠基冻结土壤均为弹性材料, 渠基冻结土壤的弹性模量远小于混凝土板的弹性模量。
(2) 渠基土壤冻结前已经固结完毕, 不计算未冻结土壤的压缩效应。
(3) 渠坡衬砌板顶部基土含水量达到初始冻结含水量。
(4) 渠道衬砌坡板上的法向冻胀力随着渠道坡板轴线线性分布, 在渠道坡板与渠道底板相接处达到最大值, 在渠道顶部为零, 渠道底板的法向冻胀力沿弧长线性分布;渠道衬砌坡板上的切向冻结力随着渠道坡板轴线线性分布, 在渠道坡板与渠道底板相接处达到最大值, 在底板上线性分布, 中心线上的值为零。渠道坡板顶部产生法向冻结力。
(5) 将复合土工膜与混凝土板看成黏结的整体, 与渠基土壤在底板顶推作用下产生摩擦力。摩擦力在坡板均匀分布, 在底板线性分布, 在中心线上的值为0。
1.2 渠道断面图、受力图、底板及坡板的计算简图
U形复合衬砌渠道的断面图如图1所示, 设渠道坡板长为L, 圆弧中心角为2α, 圆弧半径为R, 衬砌板厚为b, 坡脚为β。以下分别给出渠道受力图、坡板和底板的计算简图。
1.2.1 U形复合衬砌渠道受力图
渠道冻结后, 法向冻胀力、冻结力、摩擦力、衬砌板的相互约束里力与重力平衡。渠道坡板阴坡与阳坡的计算简图相同, 只是其上作用荷载数值不同而已, 以后对阳坡的有关外力及反力在符号右上角加撇以示区别[13]。渠道受力图如图2所示。设最大法向冻胀力为q0, 最大切向冻结力为τ0, 摩擦力为τ1。
根据分析和假设:
根据假设, 并由受力图容易建立起静力平衡方程。在冻胀破坏作用下渠道衬砌板达到极限平衡状态时, 切向冻结力的最大值为渠道阴坡衬砌板与渠基冻结土壤之间的最大冻结力, 其大小由土质、负温及渠基土壤含水量等因素决定, 属于已知反力。
因此, 受力图上的未知力只有q0、τ1, F, 根据静力平衡条件, 建立平衡方程如下:
其中:
其中:
由式 (1) ~式 (7) 联立, 求出渠道在冻胀破坏作用下达到极限平衡状态时的q0、τ1、F, 进一步求解各内力。
1.2.2 渠道坡板的计算简图
根据以上分析, 坡板在重力、沿坡板线性分布的法向冻胀力、沿切向线性分布的冻结力、沿切向分布的摩擦力, 底板对坡板的约束力, 在这几种力作用下保持平衡, 如图3所示。
1.2.3 渠道底板的计算简图
工程实际中往往有阴坡阳坡的区别, 因而渠道弧形底板两端的约束反力往往不相等, 选取阴坡底板即中心线以左的部分进行计算, 如图4所示。
2 力学模型的求解
2.1 渠道坡板内力的计算
坐标系如图3所示。
(1) 轴力:
任意截面的轴压力为:
坡底处轴压力为:
(2) 弯矩:
最大弯矩截面:
(3) 剪力:
由以上计算式画出内力分布图如图5所示。
2.2 渠道底板内力的计算
在计算渠道底板内力时, 将坐标原点取在底板中心处。由图4, 根据静力平衡条件, 可得:
(1) 由∑X=0得:与中心线成θ角处的轴压力为:
其中:
(2) 由∑M=0得, 与中心线成θ角处的弯矩为:
其中:
(3) 由∑Y=0得, 与中心线成θ角处的剪力为:
其中:
由以上计算式得到阴坡底板内力图如6所示。
2.3 混凝土衬砌板厚度验算
将坡板和底板视为压弯构件, 混凝土衬砌板是否胀裂, 将由衬砌板最大弯矩处的最大拉应变是否超过其允许拉应变决定;一般情况下剪力不会参与渠道衬砌板的胀裂破坏。
(1) 渠道衬砌坡板:渠道衬砌坡板最大拉应力在最大弯矩所在的部位, 该部位的最大拉应力计算如下:
式中:x0按式 (14) 计算。
抗裂条件验算:
式中:Ec、εt可据相关手册查得。
(2) 渠道衬砌底板:渠道衬砌弧形底板最大弯矩应在渠中心偏阴坡一侧, 具体位置通过计算确定, 最大拉应力计算如下:
抗裂条件同式 (31) 。
3 结语
(1) 本文应用渠道冻胀破坏规律, 通过适当假设和简化处理, 提出了U形复合衬砌渠道的冻胀力学模型, 给出了渠道衬砌坡板及底板的内力计算公式、抗裂计算公式等一系列公式。指出渠道冻结力、冻胀力、摩擦力和相互约束力是相互依存的, 都可以表示为最大切向冻结力的函数, 而最大切向冻结力则是反映土质、负温及水分状况的综合指标, 可根据实验或经验确定, 从而使渠道冻胀破坏这一复杂问题简单化、定量化。
(2) 本文在计算时, 假设渠道整体达到极限状态时U形复合防渗渠道衬砌体不发生局部强度破坏。然而, 由于施工或者结构、尺寸等原因, 有可能渠道衬砌体破坏时渠道整体还未达到极限状态, 所以本文模型求解的内力偏安全。
(3) 与梯形断面渠道相比, U形复合衬砌体具有独特的变形特征及结构受力, 使得渠道衬砌体的控制内力明显减小, 变形恢复能力和抵抗冻胀破坏能力比梯形渠道明显增强, 所以研究U形复合衬砌渠道在不同条件下的结构受力, 对揭示渠道冻胀机理具有十分重要的意义。