考虑外水压力的衬砌与围岩受力分析的解析法

针对我国现行水工隧洞设计规范中将外水压力视为面力通过折减系数进行简化计算与实际不符的情况,推导将外水压力视为体力,考虑地下水作用的衬砌与围岩应力位移解析解.分析隧洞渗透水压力在施工期的分布规律,并利用有限环变形协调法、计入渗透力的平衡微分方程,推导衬砌与围岩的应力、位移弹性解析解.最后以某一工程算例进行分析,研究结果表明,岩体混凝土渗透系数比值对于衬砌和围岩的应力位移有较大影响,将外水压力视为体力进行计算能节省工程材料,更符合工程实际.本文为衬砌与围岩应力位移解析解提供了理论依据,对工程设计有一定的参考价值.     

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。     

考虑衬砌屈服的深埋水工隧洞应力解析解

采用统一强度理论,根据不同工况下不同的应力状态,正确选择第1主应力,推导考虑衬砌屈服的深埋水工隧洞应力解析解.当选取不同的统一强度理论参数6时,可得到一系列有序的应力场公式、临界压力公式和塑性区半径与内水压力的关系,能适用于更多的材料和结构.通过工程算例,比较本文方法与传统方法的不同,说明考虑第1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对衬砌和围岩应力的影响特性,最后根据临界压力给出了公式的适用条件.该结果为水工隧洞的弹塑性应力分析提供理论依据,对工程设计有一定的参考价值.     

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.     

高压引水隧洞运行期复杂承载过程数值分析

基于引水隧洞运行期受力机制,将运行期全过程分为3个阶段:钢衬单独承载,初始缝隙闭合阶段;衬砌未开裂,衬砌与围岩复杂接触联合承载阶段;衬砌开裂,内水外渗阶段。针对各阶段力学特性,分别提出钢衬单独作用弹性荷载求解方法、基于接触力法的衬砌与围岩联合承载分析方法以及考虑应力和损伤影响的渗透系数与渗透荷载计算方法。并据此编制三维有限元计算程序,对某引水隧洞运行期全过程进行数值模拟。研究结果表明:工程实例计算结果较为合理地反映高内水压力下引水隧洞运行期全过程受力特性,并为水工隧洞设计提供一种有效的分析方法。     

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。     

关于水工隧道衬砌施工技术的探讨

水工隧洞衬砌形式与断面形状和尺寸、运行条件、内水压力、围岩条件（覆盖层厚度、围岩分类、承担内水压压力能力、地下水分布以及地质构造等）、防渗要求、施工方法等因素密切相关。如何在水工隧道衬砌施工过程中正确处理这些因素对于隧道衬砌施工的影响，是工程技术人员较为关心的问题。通过针对水工隧道衬砌施工技术以及施工过程中可能遇到的问题的探讨。总结了当前水工隧道衬砌的一般施工技术以及常出现的问题的预防措施，对于从事隧道施工的工程技术人员有一定参考意义。     

岩塞爆破空气冲击波对岩塞近区隧洞砼衬砌影响的动力学研究

以弹性力学和板壳理论为基础,研究了岩塞爆破空气冲击波对岩塞近区隧洞砼衬砌的影响,导出了其整体应力分布的解析解,其解对实例的计算结果与实际情况相符,说明该模型对研究塞爆破空气冲击波对隧洞混凝土衬砌的影响具有实际指导意义。     

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。     

平行圆形隧道的应力分析

一、前言近代各种军用或民用的地下建筑群的构筑向人们提出了进行地下结构系统的力学分析问题,以达到经济、安全的目的。对于平行隧道相互影响的研究是其中一具有实际意义、但目前尚未很好解决的基本问题。对此,国内外曾进行了较多的现场量测工作;国内铁路、水利、人防等部门的工程设计规范亦根据经验制定了相应规定。在理论分析方面,对于无衬砌平行洞室、平行水工隧洞(承受均匀内水压力)的应力分析已有若干解析解。目前对于多洞室的应力分析,较多采用有限元等数值法。本文应用复变函数方法得到了任意侧压力系数的弹性地层中平行圆形隧道应力分析解析解,其中考虑了开挖面三维效应、衬砌与洞壁间的施工间隙等因素。可用之计算围岩二、三次应力场和衬砌界面力及内力。     

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。     

改进H-B准则的层状岩体隧洞塑性区半径与应力场分析

基于改进的各向异性Hoek-Brown(H-B)强度准则,推导得到层状岩体隧洞围岩塑性区应力场表达式,获得围岩塑性应力分布和塑性区半径解析解.与横观各向同性应力解对比,论述应力分布计算式的正确性与优越性,并分析层理面与最大主应力方向夹角β,地应力p_0,围岩单轴抗压强度,以及H-B强度准则经验参数mi对塑性区半径的影响规律.以片麻岩体隧洞为例,重点讨论文中解对β的敏感性.结果表明:当β=90°时,应力随着隧洞半径r增大而增大的速度最快;β对塑性区半径R_p的大小有重要影响.     

跨断层水工隧洞地震响应数值模拟分析方法

断层破碎带是影响高地震烈度区隧洞结构稳定的关键因素之一.针对地震作用下围岩与断层动力相互作用特点,建立了一种考虑多种接触状态的动接触力算法.该算法考虑了有限元模型中的点对接触和点面接触两种接触类型,可以模拟围岩与断层之间的黏结接触、静接触、分离和滑动接触4种接触状态,适合研究地震作用下围岩与断层动接触系统的非线性大滑移问题.首先,通过一滑块算例,验证了该算法的合理性.然后将此算法应用于滇中引水工程香炉山隧洞抗震稳定计算,对比分析了无断层,有断层、不考虑动接触,有断层、考虑动接触3种工况对隧洞地震响应的影响.结果表明,断层破碎带的存在加剧了隧洞的地震反应,主要表现为衬砌位移和应力的增加,以及围岩破坏区的扩大;考虑动接触后,围岩与断层在地震加载过程中,出现了明显的错动位移,进而对衬砌产生破坏作用;衬砌损伤区主要分布于断层穿过的部位及断层两侧约10 m范围内,其中上盘衬砌受断层影响较大;在横向地震动激励下,衬砌腰拱的应力和位移明显大于顶拱和底拱,为衬砌结构的薄弱部位.     

某水电站导流隧洞开挖与衬砌过程数值模拟研究

利用大型通用有限元软件ANSYS对潘口水电站导流隧洞开挖与衬砌过程进行数值模拟.隧洞开挖与衬砌采用ANSYS软件中的生死单元来实现,开挖与衬砌过程中的每一步荷载的施加均采用存储应力的方法来实现.衬砌跟进时间分别采用两种极端情况:(1)将隧洞部分岩体开挖后,待变形稳定后再加衬砌;(2)隧洞岩体开挖后,不允许变形,立即衬砌,也即边开挖边衬砌.这两种极端情况下的计算结果前者偏于安全、后者偏于危险,实际工程中隧洞开挖后的最佳支护时间应介于二者之间.故在两种计算结果的基础上结合工程实际情况和经验,对潘口水电站导流洞洞身段围岩及衬砌稳定进行评价,以期为实际隧洞工程设计提供依据.     

顾及沉积岩应变强化与扩容效应的围岩弹塑性力学状态理论分析

根据非关联流动法则与中主应力表达式,顾及沉积岩应变强化和扩容效应,推导基于幂强化-理想塑性本构模型和Drucker-Prager屈服准则的应力、位移、塑性区半径的解析解.将文中解、幂强化解、幂强化-理想塑性解进行比较,分析幂强化指数与扩容角对解析解的影响规律.结果表明:幂强化指数对围岩稳定性有较大的影响;扩容程度的变化对围岩应力和位移的影响随着扩容角及原岩应力的增加而增大;当隧洞围岩受到应变强化和扩容效应共同影响时,幂强化指数与扩容角越大,隧洞围岩位移越为敏感,对围岩稳定十分不利.     

隧洞围岩与支护结构共同作用的模拟分析

本文在考虑隧洞围岩与支护结构的共同作用的情况下，以深圳大鹏半岛支线供水工程（沙湖～葵涌段）为背哥，用Flac数字模拟软件分析了隧洞围岩压力的分布及在衬砌上产生的应力，提出了在不同围岩、不同埋深情况下的隧洞衬砌方法。     

高温隧洞围岩温度场数值解与解析解对比分析

高岩温地区长距离输水过程中所遇到的隧道内低温水与围岩高温所形成的温度差下围岩的温度场分布及围岩整体稳定性是亟需解决的工程问题。高温围岩温度场分布的准确计算能为解决隧道施工过程中围岩整体稳定性和围岩支护等问题提供计算和理论依据,针对新疆布仑口—公格尔水电站引水隧洞的高地温问题,对其围岩温度场分布的解析解与数值解进行对比分析,发现两者围岩温度场分布规律相似,且数值解与解析解相比,数值解精确程度更高,对工程实践的参考作用更强。     

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。     

粘弹性围岩复合式隧道衬砌解析解

本文基于粘弹性理论和环形条元法给出了粘弹性围岩复合式隧道衬砌解析解,并利用该解对复合式隧道衬砌的力学机理及二次衬砌最佳支护时机进行了分析.