流固耦合作用下引洮7~#隧洞开挖过程中的数值模拟分析

以甘肃历史上最大的水利工程引洮供水工程一期总干渠7#隧洞为工程背景,在考虑应力场与渗流场耦合作用下,利用ABAQUS有限元程序,建立有限元渗流模型,对隧洞埋深在200m处的含水疏松砂岩地段的围岩开挖过程进行模拟分析,得出引洮7#隧洞在开挖过程中围岩径向变形规律与特征,径向正应力、孔隙压力分布及变化规律,为隧洞的早日贯通及正常运营提供技术支持,对保证工程安全和节省投资具有积极意义.     

隧洞饱水疏松粉砂岩段双排水平冻结施工温度场数值分析

【目的】探求饱水疏松粉砂岩在双排水平冻结法施工条件下的温度场分布情况,为今后隧洞冻结法施工最优方案的制定提供参考.【方法】以甘肃省引洮一期工程总干渠7#隧洞出口冷冻施工为例,基于热分析相变理论,采用有限元软件ANSYS,研究了引水隧洞双排水平冻结施工积极冻结期间的温度场分布、冻结管交圈时间及维护冻结期间冻结帷幕厚度的发展状况,并探讨了此方法的数值模拟精度.【结果】相邻两冻结管交圈时间30d,积极冻结50d后,冻结帷幕厚度已达到设计值2.5m;在考虑施工安全的情况下进行了60d的维护冻结期,期间温度保持在-24℃左右,且限制了冻结帷幕的进一步发展,避免了开挖过程中由于冻土强度过高而使施工难度增大.【结论】通过模型模拟和实测数据的比较分析,证明该模型应用具可靠性,可为同类工程施工的方案制定提供理论依据.     

含水疏松砂岩隧洞冻结施工三维数值模拟

甘肃省引洮供水一期工程总干渠7#引水隧洞出口,采用冻结施工法成功穿越了含水疏松砂岩地层.应用大型有限元软件ANSYS,对冻结施工过程进行了三维数值模拟,分析了隧洞开挖过程中冻土帷幕的位移和应力分布情况,并提出了在施工过程中的一些安全保障措施,以便准确地掌握冻土温度的变化及冻土帷幕厚度发展状况,从而确定最优的开挖时间.分析结果及工程实践表明:最大拉、压、剪应力计算值分别为3.02、0.15和0.97Mpa,计算值相对于设计值的安全系数分别为13、1.9和1.5,并确定了其极值发生位置.同时也表明利用冻结施工法穿越含水疏松砂岩地层隧洞是合理的,研究结果可为引洮供水一期工程总干渠7#引水隧洞出口冻结施工提供理论支持,同时也为类似工程提供参考.     

引水暗渠灰土挤密桩复合地基承载力可靠性分析

基于ANSYS概率设计系统(PDS),首次在引水暗渠灰土挤密桩复合地基承载力可靠性分析中运用非线性随机有限元法.以灰土挤密桩竖向荷载、弹性模量、泊松比及岩土的黏聚力等作为随机变量,并考虑了随机变量之间的相互作用,采用蒙特卡罗数值模拟法中的拉丁超立方进行抽样,计算出引洮工程引水暗渠湿陷性黄土灰土挤密桩复合地基以灰土挤密桩桩端最大应力为控制条件的失效概率为7.37%,可靠性指标为1.44.对随机变量进行了敏感度和相关性分析,判断出对失效概率影响较大的参数为土体的泊松比,其次为土体黏聚力、桩体弹性模量及土体弹性模量,其中,土体泊松比、土体黏聚力及土体弹性模量与灰土挤密桩结构最大轴向应力呈负相关,且相关性依次降低,桩体弹性模量与灰土挤密桩结构最大轴向应力呈正相关.研究结果可为工程施工、设计提供参考和依据.