水工隧洞素混凝土衬砌开裂过程弹性分析

根据弹性力学理论推导了水工有压隧洞素混凝土衬砌开裂时内水压力公式,给出了开裂半径与内水压力关系式,分析了素混凝土衬砌在不同开裂阶段时的结构应力.由计算结果发现,一旦开裂裂缝就会很快贯穿衬砌,裂缝贯穿衬砌前内水压力主要由衬砌承担.     

压力隧洞钢筋混凝土衬砌开裂数值模拟研究

立足于直接求解压力隧洞设计所关注的衬砌裂缝条数和裂缝宽度,同时考虑混凝土衬砌的开裂、钢筋的作用、钢筋与混凝土间的粘结滑移以及围岩的作用,建立了压力隧洞钢筋混凝土衬砌开裂的数值模型,并编制了相应的计算程序。采用该计算程序对压力隧洞钢筋混凝土衬砌开裂问题进行数值模拟研究,分析了钢筋量、围岩条件对裂缝条数和裂缝宽度的影响,并着重与现行规范进行对比分析。结果表明,所建模型能反映压力隧洞钢筋混凝土衬砌作为地下结构的受力特性;围岩条件对裂缝条数和宽度均有明显影响;压力隧洞钢筋混凝土衬砌限裂的关键在于改善围岩条件,不宜盲目加大钢筋量。该研究结果对压力隧洞工程实践具有一定的指导价值。     

内水外渗作用下有压管道衬砌渗透损伤耦合分析

为研究内水外渗作用下有压管道混凝土衬砌渗透损伤规律,基于弹塑性损伤有限元理论,建立了损伤度与渗透率的匹配关系,采用增量变塑性损伤刚度迭代方法,模拟了水工隧洞充水运行过程中,混凝土衬砌在渗流-损伤-应力耦合作用下的损伤过程,并对衬砌与围岩的承载比例及受力变形特征进行了分析。工程应用结果表明,混凝土衬砌损伤系数沿衬砌厚度由内而外线性减小,损伤开裂减小了衬砌的水力梯度,改善了衬砌的受力条件;洞周锚杆系统发挥自身刚度作用加固围岩,且承担内水外渗的体积荷载,提高了衬砌和围岩联合承载能力;固结灌浆对提高围岩承担内水荷载及防渗能力起主要作用。     

某船闸输水隧洞施工期—运行期裂缝成因与分析

为分析某输水隧洞顺流向裂缝产生的原因及其影响,以隧洞衬砌及部分围岩为研究对象,采用考虑缝面接触问题的非线性有限元法,模拟隧洞衬砌混凝土施工及隧洞有水调试过程,对衬砌结构的温度及应力进行仿真分析。结果表明,底板裂缝发生于有水调试前,由温度应力引起;而顶拱裂缝是由早期的温度应力和隧洞有水调试产生的结构应力共同作用引起。裂缝出现后,钢筋应力及裂缝面错动位移满足承载力要求。     

基于弹性力学双圆筒理论的有压水工隧洞应力计算方法

围岩为衬砌结构联合工作的承载体,根据极坐标下轴对称平面问题中的厚壁圆筒弹性力学理论,利用围岩、衬砌间的应力、位移耦合关系,建立围岩与衬砌体共同承载时的计算模型,推求围岩与衬砌体的环向、径向应力计算公式。在此基础上,根据混凝土衬砌材料的极限拉应变允许值探讨了其适用性问题,根据塑性力学中的Mises、Tresca塑性屈服条件分析了衬砌可承受的弹性极限内水压力,并深入研究了有压隧洞的混凝土衬砌结构设计中的配筋问题。实例应用结果表明,本文方法合理、有效。     

水工隧洞钢筋混凝土衬砌限裂设计试验研究

针对限裂设计研究,国内首次采用真实水压力加载的室内大比尺水工隧洞模型,试验结果有效反映了围岩与内水外渗现象对衬砌结构的影响、克服了以往采用钢毂或气囊加载方式的不足,基于模型试验结果对现行隧洞规范裂缝计算公式参数进行了修正,并与原公式及有限元的计算结果进行了对比.结果表明,修正后公式计算结果与实际情况更吻合,可为获得更合理的裂缝计算公式提供借鉴.     

用Ansys有限元程序分析水工钢筋混凝土隧洞结构

采用Ansys有限元分析水工钢筋混凝土隧洞结构，通过建立有限元模型来模拟水工隧洞衬砌钢筋混凝土结构的实际工作状态，了解结构的应力分布、裂缝宽度和钢筋混凝土衬砌中钢筋的工作状态，从而可以有针对性地提高水工隧洞钢筋混凝土结构设计的安全性与可靠性。     

透水理论在新疆某高压隧洞混凝土衬砌结构设计中的应用

鉴于在高水头作用下,采用面力理论设计高压混凝土衬砌结构时存在衬砌厚度过大、含筋率超标严重的问题,以体积力的形式将内水压力施加于混凝土衬砌和围岩,通过建立透水衬砌理论数值计算模型,分析混凝土衬砌的应力应变关系,并按照规范进行限裂配筋。将该方法应用于新疆某水电站发电洞衬砌设计中,并与面力理论的计算结果进行对比,发现采用透水衬砌理论设计高压隧洞的混凝土的配筋量明显减小,降低了工程投入成本。     

水工压力隧洞结构限裂设计研究现状

针对限裂设计为水工高压隧洞设计的核心问题,基于钢筋混凝土结构裂缝计算理论的研究现状,分析比较了衬砌结构的裂缝计算公式,并探讨了水工隧洞衬砌试验研究现状.结果表明,裂缝宽度计算理论并未取得共识,计算公式均有不足,不能完全满足衬砌结构设计的实际需求,还有待于进一步改进和完善.     

SDCAD4.0在水工隧洞衬砌内力与配筋计算中的应用

为克服传统结构力学在水工隧洞结构计算中的不足,采用边值法计算方法,引进专用水工隧洞结构计算软件SDCAD4.0,对输水隧洞在3种工况、不同荷载组合下进行内力及配筋计算,并与理正岩土程序6.5的计算结果相比较。结果表明,输水隧洞衬砌结构在外水压力的作用下,3种工况弯矩最大值均位于边墙与底板的交接处,底板的跨中弯矩也偏大;3种工况下隧洞在边墙和底板交接处出现较大的拉应力和压应力,抗剪力也很难满足要求;2种不同软件计算所得内力结果接近,但理正岩土程序6.5选筋结果偏大,选筋较为保守,SDCAD4.0软件在选筋上较为经济合理。     

某水电站泄洪洞无压段衬砌混凝土施工期温控监测分析

针对大断面水工隧洞衬砌混凝土易出现温度裂缝的问题,基于某水电站泄洪洞无压段衬砌混凝土施工过程所记录的洞内空气温度和混凝土温度,分析了洞室内空气温度变化规律,探究了空气温度、通水温度和浇筑温度对混凝土最高温度的影响,并利用有限单元法模拟混凝土温度变化过程,比较了混凝土温度计算预测值与实测值的差异。结果表明,洞内气温年变幅较大、波动明显,洞室连通状况对洞内气温影响较大,因而在地下洞室衬砌混凝土浇筑施工过程要考虑连通状况的影响;拟合得到的洞内空气温度变化曲线和混凝土浇筑温度、通水温度、空气温度对混凝土最高温度的影响关系曲线为模拟计算隧洞衬砌混凝土温度提供了参考,并为混凝土最高温度控制提供了量化指标。     

基于流固耦合的高压混凝土隧洞衬砌结构配筋研究及应用

当采用面力理论计算新疆阿尔塔什水利枢纽工程的发电引水隧洞的配筋量时,衬砌含筋量巨大,与实际情况不符合。对此,采用岩体弹塑性渗流—应力—损伤耦合模型,将动态变化的体积力施加于整个模型,得出混凝土衬砌应变情况,根据衬砌应力按照现行规范进行限裂配筋。计算得出了围岩、衬砌的渗流场、应力场和相应的水力梯度以及最高外渗水头。结果表明,考虑流固耦合下的高压隧洞衬砌应力小于面力理论计算的成果,且前者计算出的混凝土衬砌配筋量远小于后者的计算结果。研究成果可为类似隧洞设计提供参考。     

金盆水利枢纽工程溢洪洞水力设计

溢洪洞是水利枢纽工程中重要的泄洪建筑物之一．而且其泄洪流速一般都很高．很容易产生混凝土的空蚀破坏,从而影响建筑物的正常使用,选择合适的体型是溢洪洞防止空蚀破坏的首要环节,而防空蚀破坏的关键是溢洪洞高流速段洞内过流面压力分布不能产生超过混凝土允许的负压力。就金盆水利枢纽工程溢洪洞水力设计及所采取防空蚀破坏的措施进行了介绍。     

大型导流隧洞衬砌结构与围岩稳定研究

导流隧洞广泛应用于工程建设中,钢筋混凝土衬砌支护也是目前导流隧洞的主要支护方式。采用非线性有限元分析方法,对某水电站导流隧洞洞身特征断面进行了计算,并引入了点点接触单元,对在内水作用下围岩和钢筋混凝土衬砌之间存在初始缝隙时的联合承载特性进行了分析;引入了接缝单元,对围岩与钢筋混凝土衬砌接触部分在外水作用下的工作特性进行模拟,分析了衬砌与围岩接触面强度对衬砌应力的影响,研究结果对其他导流隧洞衬砌结构设计和施工具有一定的指导意义。