某抽水蓄能电站尾水管三维有限元分析

结合某抽水蓄能电站工程实际情况,建立地下厂房三维有限元整体模型,将尾水管衬砌混凝土结构与围岩视为联合结构共同承担上部机电设备下传荷载和尾水管内外水压力等荷载作用,并考虑衬砌混凝土结构与围岩材料性质的差别,研究尾水管衬砌混凝土结构的受力变形特征,分析尾水管在三维受力状态下典型部位的主拉应力及主压应力,对应力状态作出评价,并计算典型截面配筋面积.     

大型地下钢筋混凝土岔管的工作性态研究

结合天荒坪抽水蓄能电站的工程实际,利用三维线性及非线性有限元法研究了大型地下钢筋混凝土岔管的工作性态,分析了在内水压力及外水压力等不同荷载作用下,岔管衬砌的工作特性和围岩的应力分布规律．所得结论为大型地下钢筋混凝土岔管的设计提供了参考．     

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。     

埋藏式钢筋混凝土岔管的有限元计算范围

采用有限元法研究了埋藏式钢筋混凝土岔管的计算范围。研究中认为混凝土衬砌及围岩是线弹性体，并考虑了围岩不同弹性模量对计算范围的影响。算例给出了埋藏式钢筋混凝土岔管关键部位的应力受相关因素影响的情况。最后通过综合分析得出了埋藏式钢筋混凝土岔管的有限元计算范围值。     

地下隔壁式钢筋混凝土岔管的应力研究

利用线性和非线性有限元方法，研究了地下隔壁工钢筋混凝土岔管在内压和外压作用下：围岩、衬砌和钢筋物应力，找出地下钢筋凝土岔管设计的一些控制条件，并普通Ｙ型岔 管进行比较，在相同条件下，隔壁式岔管中最大应力Ｙ型岔管锐角处应力的四分之一，可见隔壁式岔管在上压方面具有明显的优点。     

水电站坝下游面钢衬钢筋混凝土管道损伤和承载特性

基于混凝土塑性损伤模型,对某水电站坝下游面钢衬钢筋混凝土管道的损伤和承载特性进行了非线性有限元分析.结果表明:在正常运行工况下,裂缝主要出现在位于坝体之外的背管部分,数条贯穿性裂缝将由主变平台延伸至上弯段;主变平台附近管道受力状态复杂,管道断面出现贯通性损伤,可能出现短小而密集的裂缝;温度变化对结构受力影响明显,特别是温降荷载将引起管道外侧损伤区进一步发展,靠近管壁外侧的钢筋拉应力明显上升,因此应注意管道表面的保温和防护.     

碳纤维布用于深埋隧道衬砌裂缝的加固效果

为评价公路隧道衬砌裂缝的碳纤维布补强效果,同时为类似隧道工程提供加固措施依据,利用有限元软件对裂缝补强效果进行了详细的计算分析。通过现场检测某深埋长大公路隧道交叉口段二次衬砌的开裂状况,从地质构造学角度分析裂缝成因表明:衬砌开裂是由于围岩地应力侧压力偏大,侧洞开挖后导致衬砌应力重分布而产生向拉应力超过混凝土抗拉极限强度而产生局部开裂。基于有限元理论对隧道开裂段加固前后衬砌结构的应力场及位移场进行了对比分析,同时分析了碳纤维布的变形状况。结果表明,当二次衬砌开裂后将碳纤维布粘贴于衬砌内表面,由于碳纤维布参与承担荷载,对混凝土衬砌受拉变形起约束作用,碳纤维作为抗拉材料能有效控制衬砌裂缝的扩展。     

高速公路隧道衬砌纵向裂缝成因分析

针对某高速公路隧道运营后出现的纵向裂缝,通过裂缝调查,结合地质报告,运用有限元数值模拟的方法,建立在松散围岩荷载、水压力、形变压力作用下病害结构的计算模型,总结隧道衬砌裂缝产生的原因.研究结果表明:松散围岩荷载作为集中荷载,往往会导致作用部位的应力集中,衬砌内侧会出现较大拉应力而产生裂缝;水压力作用下衬砌结构承受较为均匀的压应力,往往在结构薄弱部位最先出现裂缝;形变压力作用下结构易产生纵向结构性受力裂缝.     

孟底沟水电站导流洞堵头全工况稳定性分析及长度优化

孟底沟水电站导流洞堵头段断层、节理裂隙发育,地质条件较差,堵头挡水水头高,边界条件复杂,且封堵工期紧张,急需对导流洞开挖、施工及运行全过程稳定性进行研究.采用三维非线性有限元法,模拟导流洞洞室开挖、衬砌施工、堵头施工以及堵头运行全过程,得出以下结论:①洞室开挖过程中,围岩基本稳定,局部围岩较差的部位存在局部失稳的可能,建议局部采取锚固、灌浆等措施;②运行期围岩、堵头整体稳定,衬砌结构满足抗压强度要求,局部衬砌拉应力超过抗拉强度,需加强配筋;③长度40 m与50 m的堵头上游段推力分担比基本一致,建议堵头长度在40 m以上.研究成果可为孟底沟水电站导流洞堵头的设计施工提供参考.     

强震作用下运营隧道裂损衬砌动力响应分析

运营隧道由于地质因素、施工因素与地下水因素造成衬砌结构带裂缝工作。在地震力作用下,带裂缝的衬砌的安全性难以保证。基于隧道衬砌结构裂损的不同位置和裂缝不同深度的考虑,建立了三维数值有限元模型,采用时程分析的方法研究了衬砌的动力响应。研究表明:①在地震力作用下,隧道衬砌受往复拉压作用;在剪切波作用下,最大弯矩、轴力发生在隧道横截面"X"位置;②带裂缝衬砌在地震力作用下,纵向裂缝处混凝土应力集中,主筋拉应力增大,其他位置内力与完好衬砌响应相同;③随着裂缝的位置不同,对隧道安全性的影响不同,影响顺序由大到小依次为225°、315°、270°;④衬砌初始裂缝深度越深,在地震作用下应力集中情况越严重。     

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。     

钢筋锈蚀作用下盾构隧道结构损伤劣化性能

在长期的水土荷载和侵蚀性物质联合作用下,盾构隧道钢筋混凝土衬砌结构会经历腐蚀-损伤-劣化过程而逐渐失效,导致服役性能大幅降低。本文引入内聚力模型（CZM）及混凝土塑性损伤模型（CDP）,建立考虑钢筋混凝土间粘结滑移的盾构隧道衬砌锈蚀三维数值模型。综合考虑钢筋锈蚀引起的自身力学劣化、混凝土有效截面损失及钢筋混凝土粘结性能退化等因素,分析了围岩水土荷载和钢筋锈蚀耦合作用下衬砌结构形变、损伤演变规律和整体结构劣化特征。研究表明：1）锈蚀作用导致衬砌结构刚度降低,大大加深了衬砌结构的变形程度。锈蚀造成衬砌结构不同部位的刚度损失不同,反映了锈蚀作用下衬砌结构损伤的差异性。2）衬砌结构的围岩侧与临空侧损伤差异较大。相同锈蚀率下,衬砌受压侧受到挤压作用,限制裂缝的发展,导致受压侧损伤很小。3）在锈蚀过程中隧道衬砌结构拱顶弯矩不断减小,拱顶损伤不断加深,损伤区域逐渐扩展,截面刚度损伤最显著。4）衬砌结构自身性能不断劣化,出现内力重分布。衬砌结构的裂缝多出现在围岩侧。研究成果可为隧道衬砌结构服役性能的评估提供参考。     

浅埋隧道岩土体参数正交反演及衬砌工作状态评价

基于现场监控量测数据、正交设计理论、有限元理论和钢筋混凝土结构相关理论,提出合理评价隧道衬砌工作状态的新思路。即以拱项下沉和洞周收敛监测数据为依据,选取典型围岩物理力学参数,设计正交试验方案,采用有限元正交反演分析,得到岩土体计算参数;在此基础上通过有限元正分析,计算隧道衬砌内力,综合确定最危险截面;再根据钢筋混凝土结构理论计算衬砌的设计内力,提出采用衬砌结构安全度来评价隧道衬砌的安全状态,并将其工作状态分为安全、极限和危险3个状态。最后,以马鞍山隧道工程为例,对其衬砌结构的工作状态进行评价,得到其安全度为1.124,基本处于安全可靠状态,可为相关隧道的设计和施工提供借鉴和参考。     

巷道锚喷补偿收缩钢纤维砼支护结构数值分析

巷道支护结构稳定是煤矿安全生产的前提,结合巷道混凝土破坏特征和混凝土材料复合增强原理,提出喷射补偿收缩钢纤维混凝土作为支护材料。以朱集矿-965水平轨道大巷为工况,采用ANSYS数值软件对巷道锚杆-喷射补偿收缩钢纤维混凝土支护结构的稳定性进行数值分析。考虑围岩作用下锚杆与喷射补偿收缩钢纤维混凝土支护体系建立三维有限元模型。采用弹塑性D-P本构模型进行计算,得出围岩-支护结构体系下围岩的应力场、位移场、塑性区以及支护内力的分布规律。通过荷载步设置探讨巷道开挖对围岩稳定性的影响,以及支护结构的受力特征,找出巷道支护结构的"危险点"和围岩的应力集中区。提出喷射补偿收缩钢纤维混凝土的支护措施。通过工业性试验验证了该支护结构体系能够有效地改善和提高支护结构的稳定性。     

动态原位监测技术在顺层岩体隧道的应用—以六汉隧道为工程实例

为明确六汉隧道浅埋顺层岩体开挖后围岩应力变化规律及特征。基于FLAC_^3D数值模拟分析顺层围岩隧道变形特性,对岩层节理面处偏压应力及二衬结构变形特征进行了施工期动态原位监测。结果表明：浅埋顺层岩体地形隧道开挖致使岩层节理面两侧局部应力不均衡,出现较大偏压应力和剪切应力;基于近9个月的监测点数据显示开挖20~30 m与80~90 m后,隧道初支与围岩接触应力变化明显,前者应力变化速率达到峰值,而后者开始趋于稳定;二衬混凝土结构应变随时间变化的响应规律表明初支结构承受围岩变形大部分有效荷载,二衬分担围岩变形传递的局部不均衡应力。其现场监测结果为今后该类型隧道设计与支护荷载的计算奠定了理论基础。     

地下等截面交叉洞室扩建衬砌拆除及支护方法

为确保存在应力集中交叉口区域、衬砌老旧失效且为素砼结构的地下深埋废弃洞室改造扩建数据中心之后继续稳定服役,依托贵阳市地下某等截面交叉洞室改扩建数据中心工程,通过有限元数值模拟、现场监测的方法研究不同衬砌拆除方案、不同支护体系施工的围岩位移、应力以及主钢拱架变形受力特征。结果表明:首先开挖三角交叉区域衬砌,再以三角区为界,左右对称拆除衬砌的素砼衬砌拆除方案对围岩影响最小;Y型主拱架的整体竖向位移以及内力均为最小,但拱架整体有向右侧偏移的趋势;结合上述结论,提出了一种“三角交叉区开挖,Y型主拱架先行,左右对称拆除,随拆随支接搭拱架”的衬砌拆除+支护一体化施工控制方法;数值模拟与现场监测变形趋势一致,斜长拱架拱脚钢拱架应变、围岩压力、混凝土应变最大,但皆满足工程支护要求。可见该方法满足数据中心的服役要求。     

中墙顶部回填混凝土弹性模量对连拱隧道稳定性的影响

根据某高速公路连拱隧道衬砌结构形式,建立有限元计算模型,通过改变回填混凝土单元的弹性模量模拟回填混凝土的不同密实程度,采用数值模拟方法研究回填混凝土弹性模量变化对连拱隧道稳定性的影响.研究结果表明:围岩的变形和应力以及衬砌内力均随着中墙顶部回填混凝土弹性模量的增大而大幅度降低;当回填混凝土弹性模量比由0(完全脱离)增加到100％(完全密实)时,拱顶沉降和围岩拉应力分别降至75％和20％左右,内衬弯矩可降至17％左右;当弹性模量比达到60％以上时,内衬弯矩基本保持不变;中墙应力随着回填混凝土弹性模量的增大而增大,且弹性模量比越低,中墙应力变化幅度越显著,回填混凝土完全脱离时中墙两侧最大压应力仅为完全密实时的33％左右,中墙承受的荷载主要来自上方围岩通过回填混凝土传递到中墙的压力.在实际施工中,应使中墙回填混凝土的弹性模量比至少达到设计标号混凝土标准值的60％以上方可进行隧道正洞开挖.     

硬岩隧道锚喷支护施工过程非线性有限元分析

聚丙烯纤维喷混凝土作为隧道锚喷支护中的新型支护方式,具有施工便捷特点,并可以改善混凝土的性能和耐久性。文章采用非线性有限元法对东巨寺沟硬质围岩铁路隧道进行了大断面开挖-锚喷支护施工全过程分析,分析了施工过程中围岩的位移变形、应力、塑性区分布特征,验证了隧道支护后的围岩稳定性和支护效果。     

地震作用下大断面隧道衬砌结构的动力损伤特性

基于混凝土材料的动力损伤特性,建立了其弹塑性损伤本构模型,将该模型应用于强震区某大断面隧道工程,分析了不同地震波入射方向、地震波强度和围岩条件下隧道结构的地震响应与动力损伤规律,探讨了大断面隧道结构的地震损伤特性和破坏机理。研究结果表明：地震波垂直、水平两种入射条件下两者衬砌的压主应力、加速度响应形态相似,但水平入射条件下衬砌结构的应力、加速度响应相较于垂直入射条件更加剧烈;水平入射时衬砌的动力损伤远大于垂直入射时的动力损伤,且动力损伤主要集中于拱腰与墙脚处;围岩条件对隧道衬砌结构的拉主应力响应以及动力损伤有显著影响,V级围岩条件下衬砌结构的最大拉应力是IV级围岩下的5.7倍;隧道结构的地震响应与动力损伤特性也受地震波强度的影响,随着地震波强度增大,应力、加速度响应峰值以及最大动力损伤量均呈现非线性增大趋势,动力损伤随之加剧且由拱腰和墙脚处逐渐向外扩展;在强震区软岩隧道抗震设计以及运营期间震后加固修复应着重注意动力损伤集中的部位。