水工隧洞深部围岩弹塑性数值分析

隧洞是建筑物引水系统的重要组成部分,地下隧洞开挖后深部围岩应力场的状态变化对预测围岩失稳和开裂具有十分重要的意义。本文讨论了围岩应力分析中的本构模型和围岩应力分析中M－C准则的应用,用RFPA软件对隧洞开挖过程中围岩的应力场分布进行了相关的数值模拟,很好地验证了理论上的一些结论。     

围岩力学参数对水工隧洞运行期衬砌受力影响分析及工程应用

应用从奥地利引进的大型岩土分析软件FINAL分析了不同围岩参数对运行期衬砌受力影响的敏感性,得知围岩参数的准确性对于衬砌厚度的设计有较大影响;根据江源隧洞现场监测资料反演得出分析洞段围岩参数,以此参数为依据研究了4种支护方案下运行期衬砌的受力情况:①不考虑一次支护条件;②考虑一次支护钢拱架;③考虑洞段整体超挖衬砌厚度增加情况;④同时考虑②、③情况.分析结果表明:在考虑一次支护的作用后,衬砌轴力及应力明显降低;洞室整体性超挖相当于增大了衬砌的厚度,使得衬砌轴力增大,应力减小.     

水工隧洞的预应力衬砌结构的优化设计

本文以某无粘结环锚预应力衬砌结构的排沙洞为例,论述了其存在的问题和原因,最后利用三维有限元分析的方法,在ANSYS软件环境下,介绍了其优化的方法,为同类型的水工隧洞的预应力衬砌结构的优化设计提供了有效参考。     

高地温引水隧洞支护混凝土过水试验及数值模拟研究

高地温引水隧洞通水时,围岩及支护混凝土的温度变化是制约隧洞稳定的重要因素。为了研究衬砌混凝土在隧洞运行期间受低温水流作用的温度场,进行了喷射混凝土过水试验和数值模拟研究。结果表明:不同温度工况下,混凝土温度场达到稳定状态所需的时间不同。初始温度越高,所需时间越长。在不同温度条件下,混凝土相对应部分的温度变化趋势基本一致;不同温度工况下,混凝土稳定后的温度值空间变化趋势一致;从表层到底层逐渐增高。研究成果为隧洞工程衬砌混凝土稳定性和强度研究提供重要参考。     

基于小应变土体硬化模型的水工隧洞围岩稳定性研究

在地下结构开挖过程中,除少数区域发生塑性变形或破坏以外,大部分区域为小应变.数值分析广泛使用Mohr-Coulomb模型分析地下结构,但由于该本构模型缺乏对土体变形特性尤其是小应变阶段变形特性的考虑,往往难以准确预测变形情况.本文介绍小应变土体硬化（HSS）模型的原理和参数确定方法,认为HSS模型能够考虑到在小应变阶段土体的高模量和非线性问题,利用小应变土体硬化模型分析计算出的变形结果与现场实测数据更为接近,对水工隧洞围岩变形分析有着重要意义.使用有限元商业软件PLAXIS 3D,以二甲沟水库引水隧洞工程为计算模型,采取小应变土体硬化模型研究该隧洞的围岩应力和变形情况,为类似隧洞工程变形的系统分析和准确预测提供参考.     

某水工隧洞衬砌裂缝开度计算及裂缝机理分析

结合某水工隧洞衬砌所发生的裂缝情况，通过现场调查获取了第一手资料，并经过分析和计算，取得了水工隧洞衬砌裂缝开度计算及裂机理分析成果。计算结果与原型观测资料相比吻合良好。该研究对水工隧洞衬砌裂缝开度计算及裂缝机理分析具有参考价值。     

清凉山水利枢纽工程水工隧洞衬砌混凝土防渗漏措施

清凉山水利枢纽工程水工隧洞为无压输水全断面砼衬砌埋藏式水工隧洞,采用城门洞形砼衬砌。清凉山水工隧洞在实际施工中,采用"先引导"、"后排水"的方法对衬砌混凝土采取相应防渗漏措施。     

应用有限元程序分析隧洞岔管加强梁的内力

指出了隧洞岔管加强梁传统设计方法中存在的问题。应用线弹性空间有限法,对岔管加强梁在各种工况下的内力及配筋情况进行了详尽的分析,给出了在内力压力下加强梁内力与围岩单位弹性抗力系数ｋ０的关系曲线以及在外压作用下加强梁的配筋依据。     

水工隧洞衬砌底板缺陷诱因及其对结构安全的影响分析

水工隧洞长年运行会出现裂缝、磨损、掉块、冲坑等缺陷,极大影响工程安全。针对水工隧洞衬砌底板冲坑产生的原因及其对结构安全的影响问题,开展隧洞断面水力特征参数的数值模拟,从水力学角度分析衬砌底板冲坑产生的原因,并开展运行和检修工况下不同冲坑深度对衬砌结构受力的影响分析,结合监测数据与模拟成果对冲坑所在位置截面承载能力进行验算,结果表明：隧洞底板流速与紊动能均较大,在运行过程中受高速水流冲蚀作用最强,也最容易产生破坏。冲坑形成后主要对隧洞底板和边墙弯矩的对称性及数值影响较大,对轴力及剪力影响较小。受内外水压力控制的差异,相对于检修工况,运行工况下冲坑对结构安全的影响更加明显,冲坑导致截面抗弯刚度显著减小,随着冲坑深度增加,抗弯承载力逐渐减小,工程运行中应重点关注运行工况下底板混凝土的冲刷情况。     

热力耦合作用下圆形水工隧洞围岩弹塑性解析解

为研究圆形水工隧洞围岩弹塑性区受力特点,基于Mogi-Coulomb强度准则和弹塑性理论,考虑温度和衬砌结构的影响,推导热力耦合作用下水工隧洞围岩应力、洞壁位移和围岩塑性区半径的解析解。依托新疆某高地温水工隧洞工程进行计算分析,对中间主应力系数、温度、混凝土强度、衬砌厚度和围岩应力分布及塑性区半径间的关系展开参数分析。结果表明：温度变化产生的拉应力会使衬砌结构对围岩支反力减小,围岩塑性区半径和洞壁位移有所增大,隧洞岩体稳定性变差;中间主应力系数b对岩体强度影响较大,b=0.5时围岩塑性区半径明显小于不考虑中间主应力时的塑性区半径;提高混凝土强度和增加衬砌厚度在初始阶段都能明显限制围岩塑性区发展,虽后续效果都不佳,但增大衬砌厚度更能限制围岩塑性区发展。     

具有衬砌的圆形水工隧洞弹塑性应力统一解

针对具有衬砌的圆形水工隧洞,假定衬砌与围岩位移连续,考虑不同工况下主应力顺序、岩石应变软化和中间主应力等综合影响,采用统一强度理论和弹脆塑性软化模型,推导衬砌和围岩弹塑性应力统一解.选取不同的统一强度理论参数,可得到一系列应力场公式及塑性区半径与内压力的关系.通过工程算例分析知,考虑第一主应力的变化是正确的,更符合工程实际,并得出统一强度理论参数、软化特性参数对衬砌和围岩切向应力的影响规律.研究结果表明,统一强度理论参数和软化特性参数对衬砌与围岩塑性区切向应力的影响显著.     

水工地下隧洞衬砌混凝土渗水裂缝的两种处理方法

在隧洞衬砌混凝土浇筑形成后,结构混凝土由于受到内外温差所引起的温度应力影响,产生不均匀收缩而出现裂缝,灌浆施工工艺采用打斜孔埋管和无损贴嘴灌浆的方法,裂缝处理的效果满足设计的质量要求。     

水工隧洞千枚岩地段快速施工技术

阐述了水工隧洞千枚岩区地段采用的快速掘进技术,从地质构造、围岩特性及地下水等方面论述了施工方法应根据围岩情况而做动态调整。     

水工隧洞衬砌混凝土裂缝的成因及预防

混凝土裂缝的产生在隧洞混凝土衬砌施工中是常见现象,引起裂缝的因素很多,也极其错综复杂,通过分析隧洞混凝土裂缝产生的原因,并针对各种成因提出预防的措施。     

圆形压力隧洞衬砌与围岩荷载分担比研究

结合水工压力隧洞衬砌开裂以后围岩-衬砌混凝土-钢筋联合作用的实际性状,借助于非线性有限元程序,对围岩与衬砌(混凝土和钢筋)联合作用和材料性态进行模拟,建立起精细的、高度仿真的二维(平面应变)数值模型。经过数值分析,得到了在满足规范要求且经济合理的配筋量条件下衬砌与围岩的荷载分担比、裂缝宽度和裂缝分布规律、混凝土的应力分布规律、钢筋的应力分布规律。对衬砌与围岩发生相对滑动以及围岩参数变化对荷载分担比的影响进行了分析,发现衬砌与围岩出现相对滑动时,需要增加配筋量;围岩参数变化时,对相邻裂缝间距(裂缝条数)影响很大,衬砌的荷载分担比略有上升趋势。     

水工隧洞混凝土施工质量控制措施分析

水工隧洞混凝土是一种有特殊要求的混凝土，由于其隐蔽性和维护修复有一定难度，对其耐久性应有适当的要求。本文对该混凝土施工中如养护、裂缝等的几个问题进行探讨，供大家参考。     

埋深与围岩质量对隧洞围岩稳定性的影响探究

采用有限元方法,初步研究了隧洞在埋深为33,233,433 m时,在Ⅰ～Ⅴ级围岩的受力、塑性变形和位移变化.研究发现,在同一埋深下,随着围岩破碎程度的增加,围岩的受拉区和塑性变形区逐渐从拱顶、底向边墙转移,并可能在边墙处发生拉应力突增现象,突增幅度随埋深的增加而增大.隧洞的拱顶、边墙和拱底都会产生较大位移;随着埋深的增加和岩体的破碎,拱顶和拱肩的位移会超过其他部位.计算结果和已有的模型试验结果相比较,论证了研究方法和结论的合理性.     

基于Interface改进算法的水工隧洞衬砌受力分析

针对水工隧洞不同外荷载工况下衬砌与围岩的接触特性,考虑衬砌与围岩之间有无初始缝隙,基于FLAC3D提出Interface改进模型,分别用厚壁圆筒弹性和弹塑性解析解验证算法的正确性,并应用到某水工隧洞衬砌结构计算中.结果表明:改进后的Interface接触面模拟结果与解析解非常接近;施工期自重工况、运行期内水工况和检修期外水工况衬砌结构受力各不相同,围岩与衬砌可能产生接触或脱离,内水工况下结构处于欠安全或带裂缝工作状态.该模型反映了衬砌结构在不同外荷载作用下与围岩有条件联合承载的各种受力机制.     

考虑应力路径的深埋高地温隧洞黏弹-塑性围岩解析解

高地温深埋水工隧洞黏弹—塑性岩体中,由于高温环境的影响和隧洞降温等,致使围岩产生一定的温度应力。因此研究高地温隧洞围岩解析解时必须研究温度应力对围岩塑性区以及应力应变的影响。基于广义Kelvin模型与Bingham模型组成的高地温深埋水工隧洞黏弹塑性围岩力学模型,并在考虑应力路径对围岩与支护的影响下,结合高地温环境中温度应力对围岩与衬砌的影响,进而推导高地温环境热力耦合作用下围岩应力、应变、洞壁位移以及围岩塑性区半径的解析解。基于新疆某高地温水工隧洞工程进行分析与计算,对温度、围岩应力应变及塑性区半径的关系展开理论计算与分析。结果表明,考虑温度应力后计算得到的围岩位移更小。当隧洞内温度变化到达一定量时,所产生的温度应力可能会对围岩与衬砌相互作用的稳定性产生影响。