地下有压隧洞蠕变及其稳定性分析

对于地下有压隧洞，根据流变力学的基本理论，分析了在两向等压条件下隧洞围岩流变引起支护衬砌内部及其衬砌本身流变而产生的应力和位移随时间的变化规律，建立了与时间有关的支护衬砌破坏依据，对隧洞支护设计和预计衬砌不同时期的受力和稳定性有一定的参考价值。     

浅埋高压引水隧道内外水联合作用下衬砌应力敏感性分析

高压输水隧洞作为有效调送水资源的基础设施在调水工程中得到广泛运用,浅埋高压输水隧洞运营期间在高内水压作用下,存在混凝土衬砌开裂的风险.本文以杭州市千岛湖配水工程为背景,采用控制变量法,利用Abaqus建立有限元模型,针对不同隧洞埋深、不同地下水位以及不同围岩类别下的引水隧洞模型进行渗流应力耦合分析,探究衬砌在不同外界条件下的应力响应.研究结果表明,隧洞埋深大、地下水位高、围岩等级高等有利因素影响下,衬砌内侧最大拉应力较小,隧洞衬砌开裂风险较低.     

富水区衬砌-围岩接触关系对外水压力影响研究

结合某大型富水区深埋隧洞工程,基于ABAQUS采用有限元分析法,通过调整过渡层渗透系数模拟围岩与隧洞之间的接触紧密程度,计算衬砌结构的受力特性,并结合规范中的外水压力折减系数法,提出合适的衬砌-围岩折减系数.结果表明:在主要考虑外水压力情况下通过调整过渡层单元的渗透系数来模拟衬砌与围岩的接触关系是合适的,围岩与衬砌的接触关系对于衬砌结构的受力有显著影响;当过渡层渗透系数增大到某一范围时,对衬砌受力影响逐渐变得不再敏感,此时基本处在衬砌与围岩之间有渗水通道的状态.当渗水通道存在时,计算外水压力时可以取折减系数在0.870左右.     

不同防排水条件下深埋隧洞衬砌外水压力研究

深埋隧洞的高外水压力问题影响隧洞开挖过程围岩稳定及衬砌结构安全.结合某调水干渠深埋引水隧洞,建立稳定渗流计算模型,考虑隧洞不同防排水条件和岩层分布,模拟计算隧洞衬砌外水压力及其折减系数取值方法.研究表明,采用排水孔和固结灌浆联合防渗加固措施可减小深埋隧洞洞室衬砌所受外水压力;而上覆地层存在隔水层较均质岩层隧洞衬砌外水压力有所降低;地勘规范估算所取的折减系数过于保守,隧洞衬砌处外水压力水头与地下水位的比值作为衬砌外水压力折减系数更为合理.     

圆形隧洞双层衬砌在P波作用下的动力反应

用弹性动力学波函数法，推导出由钢板衬砌，混凝土填充和围岩组成的地下圆形 隧洞在Ｐ波作用下的动应力和位移表达式；以及Ｐ波幅值表达式。通过白山电站 ２＃引水管道分别对围岩松动与不松动情况以及有、无钢板衬砌之两种情况进行电算。 计算结果表明，位于震中附近的隧洞衬砌，在７级地震作用下要考虑钢板衬砌的抗 震防护．     

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.     

深埋引水隧洞不同排水方案渗流场及衬砌外水压力研究

深埋长引水隧洞排水措施的布置与隧洞渗流场及衬砌外水压力关系密切,是保证围岩及衬砌结构安全的重要举措.结合滇中引水工程大理Ⅱ段深埋长引水隧洞,采用ABAQUS数值模拟的方法对不同排水方案下隧洞渗流场及衬砌外水压力变化规律进行了研究.结果表明,排水措施的布置能有效降低衬砌外水压力,但不同部位降低幅度不同,排水孔附近衬砌外水压力降低幅度较大,距离孔越远水压降低幅度越小;且排水孔数量越多,衬砌全范围内水压力降低越明显.研究结果可为西南深埋长隧洞工程防排水系统设计提供借鉴和参考.     

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。     

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...     

影响核电厂取水隧洞抗震性能的几个因素分析

为了分析影响取水隧洞抗震性能的主要因素,运用动力时程反应分析方法,利用FLAC3D程序对某核电厂取水隧洞进行了抗震分析,并绘制衬砌内力包络图,分析地应力、应力释放系数、围岩弹性模量等参数变化对隧洞衬砌内力的影响。结果表明,随着初始地应力的增大,衬砌内力逐步增大;开挖时应力释放系数越小,二衬分担应力释放荷载比例越大,衬砌的内力也就越大;随着围岩弹性模量的增大,衬砌内力大幅度降低。该成果对隧洞抗震设计具有一定的参考价值和指导意义。     

某输水隧洞10号施工支洞设计与施工

施工支洞的选型、结构稳定性、施工进度等直接影响主体工程的安全及进度,在不同围岩强度及类型情况下的支护型式、衬砌厚度、特殊段处理应根据具体情况进行调整。输水总干线工程由隧洞、PCCP管、预应力涵等结构型式组成,隧洞编号1至10根据输水工程10号施工支洞的基本情况,对支洞进入不同地质条件下的支护、衬砌型式及施工方法进行阐述与分析,以期完善施工支洞的设计及施工方法。     

深埋隧洞围岩稳定性分析及结构设计研究

按照围岩是地下工程中主要的承载结构这一设计思想,应用弹塑性有限元法分析了锦屏二级水电站引水隧洞开挖及支护过程中围岩的变形规律与特征、围岩应力分布及其变化规律、塑性区范围,比较研究了不同渗控方案对隧洞围岩和衬砌的工作状态的影响,提出了较优设计方案.图4,表3,参6.     

隧洞围岩的塑性区和松动区范围的推算

在设计隧洞衬砌时,必须预先知道隧洞围岩的塑性区或松动区的范围.目前工程上常用芬诺公式或卡斯特奈公式计算,这些公式没有考虑弹、塑性区不同的力学指标和围岩的膨胀性.本文介绍在服从库仑—纳维尔破坏准则的岩体中(即膨胀性岩体),考虑弹塑性区不同的力学指标,用弹塑性分析法,计算隧洞围岩的塑性区或松驰区的范围和应力、应变.在大量实测资料的基础上,用弹性波速度预测隧洞围岩的塑性区或松动区的范围.     

隧洞外水压力物理模型试验研究

深埋隧洞高外水压力问题严重影响着隧洞开挖过程围岩稳定及衬砌结构安全,合适的确定方法对保证工程稳定运营显得至关重要.依托"引大济湟"调水总干渠深埋引水隧洞工程,进行了相似物理模型试验,研究了不同岩层结构和排水条件下外水压力大小及围岩渗流场分布规律的变化.对比分析了物理模型试验值、地勘规范估算值及经验取值区间三者之间的差异.结果表明,排水孔的设置会引起围岩地下水位的下降,隔水层可减轻地下水位下渗对隧洞的影响,同时外水压力折减系数物理模型结果βt基本满足经验折减系数区间,可为衬砌外水压力提供可靠的依据.     

内水渗透作用下引水隧洞稳定分析

水利工程中,不衬砌有压引水隧洞是常用的一种水利建筑物,其在运行期间,内水压力作用会时隧洞拱项产生上抬力,并会在隧洞围岩内产生渗流场,改变洞室周边的应力场状态,加会降低围岩体的稳定状况,影响隧洞正常的运行。因此,要使不衬砌有压引水隧洞保持稳定．必须保证隧洞有足够的埋深,且要保证隧洞围岩内的渗流场的作用不至于造成围岩体的破坏。本文从有压引水隧洞最小覆盖厚度的准则、有压内水渗流场及围岩稳定分析等几个方面入手,对内水渗透作用下引水隧洞稳定进行了分析。     

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。     

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.     

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.     

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.     

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。