水工隧洞衬砌钢筋应力混合模型的建立及监控指标拟定

衬砌是保证水工隧洞安全运行的重要组成部分,衬砌与围岩联合工作,达到共同承载、增加围岩稳定性等作用,如何建立模型对其长期运行性态进行监控是值得探讨的.以某引调水工程水工隧洞为例,采用现场实测钢筋应力资料建立了水工隧洞衬砌钢筋应力的混合模型,应力的内水压力分量由结构计算获得,温度和时效分量由统计方法获得.所建立的模型能较好...     

复杂隧洞衬砌结构的三维有限元分析及结构配筋

针对复杂隧洞衬砌结构,提出了基于数值分析的内力求解和配筋方法。首先,给出了分析与围岩接触的复杂混凝土结构受力的三维有限元方法,并考虑围岩与衬砌联合承载,提出了荷载分配系数的计算方法。其次,采用基于有限元分析的应力图形法配筋:通过结点应力插值生成问题域内应力场;在自动生成的配筋截面上积分以计算内力;基于修正的内力结果在配筋截面上进行配筋计算并输出图形。最后将该方法应用于某引水隧洞的衬砌结构分析与配筋,说明了该方法的有效性。     

水工隧洞地震反应影响因素分析

利用ANSYS有限元软件对大岗山水电站尾水隧洞进行地震反应数值模拟,采用振型反应谱法,考虑了隧洞正常运行充水工况下的地震反应。模型为二维平面模型,采用plane 42单元划分网格,两侧宽度和底部厚度分别为隧洞宽度和高度的10倍,围岩类别为Ⅲ类,衬砌为C20混凝土,两侧和底边边界采用法向固定约束,在此基础上分别计算不同类别围岩下、衬砌弹模变化的情况下以及固结灌浆对衬砌应力和变形的影响。结果表明围岩类别的变化对衬砌应力和变形有较大的影响,而衬砌弹模变化或固结灌浆时,衬砌应力和变形的变化相对较小。根据计算结果提出一些建议措施。     

高水头水工隧洞钢筋混凝土衬砌承载特性分析

针对高压水工隧洞普遍采用的透水衬砌设计原则,总结了钢筋混凝土衬砌不同阶段的承载行为和损伤演化,模型能够描述损伤开裂后钢筋与混凝土之间的黏结滑移行为,通过耦合计算的方式分析了内水压力增加过程中水工隧洞衬砌的损伤演化过程及渗流场和围岩破坏区的分布形式。结果表明,考虑损伤开裂后部分内水压力由衬砌转为围岩承担,导致围岩破坏范围增大;考虑黏结滑移的刚化效应,开裂后的衬砌更不容易产生新的裂缝,符合水工隧洞的实际规律。     

深埋TBM输水隧洞结构数值模拟

在考虑岩石材料弹塑性的基础上,采用ANSYS建立了模拟深埋TBM隧洞结构的三维有限元模型,采用程序的单元生死功能模拟了TBM施工的开挖过程;分析求得了深埋隧洞围岩变形的分布模式,并且进行了开挖后围岩的应力分析和管片衬砌的实际受力数值模拟,分析说明了开挖后围岩的稳定性和衬砌结构的安全性;数值计算得出的一些有意义结论,对深埋隧洞工程的安全设计和施工、运行具有指导意义。     

大岗山水电站引水隧洞渐变段三维有限元分析

引水隧洞渐变段位于隧洞进口段,埋深较浅,地质条件较差,其安全稳定问题是工程中的重要课题。针对大岗山水电站引水隧洞进口渐变段,采用三维有限元方法,计算分析施工期围岩开挖稳定问题,以及施工期、运行期、检修期和高水击作用等工况下衬砌的应力分布情况,并针对外水折减系数和围岩力学参数进行敏感性分析。计算结果表明,在开挖过程中洞室围岩能够保持稳定;在高水击作用工况下,衬砌受到最大的拉应力作用,是控制性工况;外水折减系数对衬砌应力分布影响较大。     

全环内通式衬砌台车与开敞式TBM联合作业施工技术研究

隧洞开敞式TBM法施工通常都是在开挖贯通后,再浇筑二衬混凝土,这种做法对总工期制约较大。辽宁省大伙房水库输水工程研制了全环内通式衬砌台车,成功实现了与TBM掘进的联合作业施工,提高了衬砌混凝土的施工速度和质量,有效缩短了隧洞施工工期。     

农田输水隧洞内力计算分析

为了研究农田输水隧洞复合衬砌结构中初次支护与二次衬砌联合承载时的荷载分担问题，以云南临沧市某无压输水隧洞复合衬砌结构设计为例，按照初期支护和二次衬砌以7∶3的荷载分担比例进行复合衬砌结构内力计算，探讨在复合衬砌结构设计中采用7∶3的初次衬砌与二次衬砌承担比例的合理性与可行性，并对圆拱直墙型无压水工隧洞复合衬砌结构中二次衬砌结构内力进行分析，以期对同类型的输水隧洞设计施工具有一定的指导意义和参考价值。      

衬砌渗透性对深埋隧洞渗流场及塑性区的影响研究

将深埋隧洞简化为圆形轴对称模型,推导得到其渗流场和考虑渗透体积力的弹塑性解.以此为基础,通过衬砌与围岩渗透系数比值变化,对隧洞渗流场、塑性区和渗漏量进行分析,探讨衬砌渗透性影响.算例表明,当衬砌为透水材料时,衬砌及围岩内水头从外向内迅速减小,但当衬砌与围岩渗透系数比值大于50后,渗流场变化不再显著.隧洞渗漏量随衬砌与围岩渗透系数比值增大逐渐增大,但比值大于50后,趋于稳定值.对于存在初始塑性区的无压隧洞,当衬砌不透水时,衬砌的塑性区较大;塑性区随衬砌与围岩渗透性增大逐渐减小,并趋于稳定.对于存在初始塑性区的有压隧洞,保持内压不变,随着衬砌渗透性的增大,塑性区迅速加大,但当衬砌与围岩渗透系数比值大于50后,塑性区不再变化;对于无初始塑性区的隧洞,保持内压不变,衬砌的渗透性对塑性区发展影响较小.     

衬砌渗透性对深埋隧洞渗流场及塑性区的影响

将深埋隧洞简化为圆形轴对称模型,推导得到其渗流场和考虑渗透体积力的弹塑性解。以此为基础,通过衬砌与围岩渗透系数比值变化,对隧洞渗流场、塑性区和渗漏量进行分析,探讨衬砌渗透性影响。算例表明,当衬砌为透水材料时,衬砌及围岩内水头从外向内迅速减小,但当衬砌与围岩渗透系数比值大于50后,渗流场变化不再显著。隧洞渗漏量随衬砌与围岩渗透系数比值增大逐渐增大,但比值大于50后,趋于稳定值。对于存在初始塑性区的无压隧洞,当衬砌不透水时,衬砌的塑性区较大;塑性区随衬砌与围岩渗透性增大逐渐减小,并趋于稳定。对于存在初始塑性区的有压隧洞,保持内压不变,随着衬砌渗透性的增大,塑性区迅速加大,但当衬砌与围岩渗透系数比值大于50后,塑性区不再变化;对于无初始塑性区的隧洞,保持内压不变,衬砌的渗透性对塑性区发展影响较小。     

瀑布沟导流洞围岩稳定与支护结构

采用弹塑有限元性分析方法对导流隧洞开挖、支护、运行以及最后封堵的全过程进行了较为全面的仿真计算分析，给出了围岩和混凝土衬砌结构的位移、应力分布等，根据计算结果提出了导流洞结构的设计原则和工程处理措施，基本上解决了高外水条件下隧洞设计的难题。     

水工输水隧洞衬砌结构裂缝成因及温度应力敏感性分析研究

长距离大流量城市取水工程广泛采用输水隧洞的结构形式,而输水隧洞多采用钢筋混凝土衬砌。钢筋混凝土结构较好地利用了钢筋的抗拉和混凝土的抗压性能。但在施工期和运行期,由于设计、施工、运行等方面考虑不足会因种种原因导致衬砌出现裂缝,从而对结构安全性、耐久性造成不利的影响。通过对典型隧洞运行期大量观测资料的统计分析和三维有限元仿真模拟,揭示了隧洞衬砌温度场分布及温度应力变化,进一步阐述了温度变化对衬砌混凝土裂缝的敏感性影响,提出了水工隧洞建设期和运行期温控防裂的关键问题及基本思路,对类似工程具有一定的参考价值。     

输水隧洞衬砌混凝土施工期温度观测与应力分析

为了研究输水隧洞衬砌混凝土施工期的温度和应力变化规律，根据罗斯法水利枢纽输水隧洞衬砌混凝土边墙的温度观测成果，采用嵌固板理论对衬砌的混凝土边墙的温度应力进行了简化计算分析。得出了特殊点温度历时曲线和典型点应力历时曲线，并对衬砌混凝土的温度控制提出了一些有益的建议。     

不同结构形式水工隧洞温控特性分析

水工隧洞大多采用城门洞形和圆形断面,城门洞形底部一般为平板。实际工程中,施工期温度裂缝大多发生于城门洞形结构的边墙和圆形结构的边顶拱,底板和底拱的裂缝较少,差异明显。基于三维有限元软件ANSYS,以乌东德水电站发电洞为研究对象,对不同结构形式衬砌混凝土施工过程中的温度场和应力场进行仿真计算,研究了衬砌混凝土温控特性。结果表明,结构形式和长度对衬砌混凝土温度场影响较小,对应力场和抗裂安全系数影响较大;结构长度相同,曲率越大,拉应力值越大,抗裂安全系数越小;结构形式相同,结构长度越长,拉应力值越大,抗裂安全系数越小。研究成果为水工隧洞衬砌混凝土施工期温控防裂设计和施工提供了重要参考。     

瀑布沟导流洞围岩稳定与支护结构分析

采用弹塑性有限元分析方法对导流隧洞开挖、支护、运行以及最后封堵的全过程进行了较为全面的仿真计算分析,给出了围岩和混凝土衬砌结构的位移、应力分布等,根据计算结果提出了导流洞结构的设计原则和工程处理措施,基本上解决了高外水条件下隧洞设计的难题.     

TBM输水隧洞管片衬砌设计模型优选研究

在总结分析现有浅埋盾构隧道管片设计模型的基础上,结合TBM施工深埋水工隧洞的特点,采用ANSYS进行了深埋水工隧洞管片衬砌的有限元模型分析,得出了不同模型下管片变形和内力分布,并对计算结果进行了比较和解释,最后推荐了深埋水工隧洞管片衬砌的计算模型,为工程设计提供借鉴。     

围岩特性和衬砌厚度对衬砌混凝土在设置垫层下温控影响研究

基于有限元分析软件ANSYS,在溪洛渡泄洪洞有压段衬砌混凝土设置垫层的情况下,对不同围岩弹性模量和衬砌厚度进行仿真模拟。通过比较不同衬砌部位,不同点位的最高温度、最大内表温差、早期最大拉应力等,针对围岩弹性模量和衬砌混凝土厚度的变化对衬砌混凝土温度和温度应力的影响进行了分析。研究结果表明,①不同围岩弹性模量下,相同温控措施下衬砌混凝土温度场大致相同。较好围岩会增大早期衬砌混凝土的最大拉应力,减小最小抗裂安全系数,必须采取严格的温控防裂措施,防止早期裂缝。②相同温控措施下,衬砌混凝土越厚,最高温度越高,最大内表温差越大。较薄衬砌混凝土会增大早期衬砌混凝土的最大拉应力,减小最小抗裂安全系数,温控防裂措施要求严格。     

基于ANSYS运用现代岩体力学模型分析西沟电站引水隧洞

以ANSYS软件为平台运用现代岩体力学模型即围岩-结构共同作用模型对西沟水电站引水隧洞围岩与衬砌之间的作用进行了有限元仿真分析,通过计算结果得出结论隧洞上拱和下拱的交接处,此处最容易遭到破坏,建议将锚杆预留端头与混凝土衬砌中的钢筋焊接或绑扎在一起,必要时增加一些短插筋,同时对围岩进行固结灌浆。并通过此工程实例计算结果可以得出结论,原则上任何情况下的隧洞都可以用此法求出围岩与支护结构的应力和位移状态。     

高压隧洞岔管区围岩渗流特性研究

抽水蓄能电站是电网调控的重要手段,其引水发电系统多采用高压隧洞和地下厂房的开发形式。高压隧洞特别是岔管区围岩在高内水压作用下面临着水力劈裂、内水外渗等问题,对工程的安全和正常运行造成巨大威胁。针对阳江抽水蓄能电站,采用排水孔子结构、变分不等式和自适应罚函数相结合的方法(简称SVA方法),分析和研究高压隧洞岔管区渗流场分布特征以及运行期防渗排水措施对渗流场的影响,并对主要结构面的渗透稳定性进行了评价。计算结果表明:在设计方案的防渗排水措施下,高压隧洞的内水外渗量得到了有效控制(约为22.2L/s),钢衬外水压力显著降低,主要结构面的渗透坡降在允许范围内,因此该设计方案是合理、有效的。     

围岩特性对泄洪洞无压段衬砌混凝土温度和温度应力的影响

以溪洛渡水电站泄洪洞无压段为例,基于有限元分析软件ANSYS,模拟衬砌混凝土的浇筑过程和温控措施,计算分析了不同围岩特性下衬砌混凝土的温度和温度应力的发展变化规律。通过分析比较代表点最高温度、最大内表温差、不同点位最大拉应力等,研究围岩特性的变化对衬砌混凝土温度和温度应力的影响。结果表明：①在温控措施相同的情况下,围岩特性的变化对衬砌混凝土的温度场影响很小。② 围岩弹性模量越大,对混凝土的约束越强,后期拉应力越大,对温控防裂的要求也越严格。计算成果为地下工程衬砌混凝土温控分析提供参考。