水工隧洞钢筋混凝土衬砌水压致裂分析方法研究

引入具有水力耦合属性的内聚单元模拟衬砌裂缝、衬砌-围岩交界面,以反映缝隙的位移非连续特征以及内部压力水体的流动特性.结合渗流-应力间接耦合方法,提出了水工隧洞钢筋混凝土衬砌水压致裂算法,探究了衬砌裂缝发展历程、裂缝宽度演化以及缝隙内部水压力传递特征等,并基于此系统分析了衬砌-围岩有条件联合承载特性的影响.计算分析表明,...     

高地热高地应力水工隧洞衬砌稳定性研究

以新疆塔什库尔干河齐热哈塔尔水电站引水隧洞为例,使用ANSYS Workbench软件建立了热-固耦合分析模型,采用数值模拟的方法分析了高地热、高地应力、压力水头311.49 m条件下,水工隧洞运行期衬砌的稳定性。结果表明:隔热层的设置能明显改善一期混凝土衬砌的受力情况,衬砌平均主应力减小约46%,但对二期混凝土几乎没有影响,且衬砌结构的平均位移增大约14%;设置隔热层能显著提高一期混凝土的安全性,但二期混凝土除两底角安全系数大于1外,其余部位的安全系数仍小于1;隔热层+一期混凝土+二期混凝土组成的支护结构有其合理之处,但必须使用高性能混凝土提高支护结构的抗裂性能,才能满足工程安全的要求。     

高压透水衬砌隧洞的边界元有限元分析

按照我国目前的“水工隧洞设计规范”，内水压力均作用混凝土衬体内侧的面力处理。本文根据广州抽水蓄能电站一期工程压力隧洞的监测成果，采用边界元法与有圾元法这两种的不同的数值分析方法分析三维非均质各向异性的岩体渗流场，计算出渗透体积力。然后再分别用边界元及有限元法进行固体力学分析，计算出钢筋应力，从而推求出混凝土裂缝开展的宽度，以便进行限裂计算，此方法已应用于广州抽水蓄能电站二期工程的高压隧洞设计，取得     

高压钢筋混凝土隧洞透水衬砌设计理论的进一步研究

在高压钢筋混凝土隧洞透水衬砌设计理论在广蓄成功应用实践的基础上,结合近年来水电工程数值计算的成果,提出了一套较完整的透水衬砌设计理论的数值计算方法。根据钢筋混凝土衬砌的开裂渗透特性建立了钢筋混凝土衬砌的应变~裂缝宽度~渗透系数的关系方程,将内水压力以体力的形式作用于隧洞衬砌和围岩,并结合结构三维弹塑性损伤有限元分析,建立了高压隧洞内水外渗渗流场与应力场的耦合数值分析的计算模型,用于模拟高压钢筋混凝土隧洞透水衬砌的运行机理,进行透水衬砌理论设计。     

高压透水衬砌隧洞的边界元与有限元分析

根据广州抽水蓄能电站一期工程的压力隧洞监测成果，采用边界元法与有限元法这两种不同的数值分析方法分析三维非均质各异性的岩体渗流场，计算出渗透体积力。     

透水衬砌设计理论在惠蓄高压隧洞设计中的应用

应用透水衬砌设计理论,对惠州抽水蓄能电站高压隧洞进行数值计算分析.根据高压隧洞实际施工及运行过程,分别依次计算了隧洞开挖、衬砌灌浆和充水运行等工况.为模拟高压隧洞的充水过程,计算了不同内水头时的隧洞内压工况.为反映不同参数对高压隧洞结构的影响,对围岩弹性模量、渗透系数、灌浆圈围岩弹性模量、灌浆圈围岩渗透系数等参数进行了敏感性分析.     

水工压力隧洞灌浆式预应力衬砌弹塑性应力分析

采用岩石力学中应用广泛的莫尔——库仑屈服条件,对水工压力隧洞灌浆式预应力衬砌进行了系统分析,给出了水工压力隧洞围岩分别处于弹性状态与弹塑性状态下的围岩、衬砌应力解析计算式．     

高压长引水隧洞衬砌结构分析

水工引水隧洞在水利水电工程中应用广泛,采用不同的衬砌形式及配钢筋量对隧洞工程的投资与工期有着决定性的作用,进而影响到电站的经济效益与运行安全,在高水头、高埋深条件下尤为突出.基于国外某水电站工程引水隧洞设计展开研究,参照国内外相应设计规范,采用公式法、边值法、有限元法等不同方法对不同围岩类别条件下衬砌配筋进行了计算分析...     

水工压力隧洞灌浆式预应力衬砌干缩应力与徐变应力计算

水工压力隧洞结构设计的理论基石是隧洞衬砌与围岩联合工作,为充分利用砼抗压强度高的优点和提高围岩的承载能力,采用灌浆式预应力衬砌是一种富具应用前景的技术方法.但灌浆式预应力衬砌隧洞,由于压浆环干缩硬化和砼徐变影响,使衬砌获得的预应力有所损失,笔者采用岩石力学中应用广泛的莫尔—库仑屈服条件,对水工压力隧洞灌浆式预应力衬砌干缩应力和徐变应力进行了系统分析,给出了相应的解析计算式.     

高压透水隧洞工作机理探讨

在考虑高压隧洞透水特性的基础上,详细推导了简化厚壁圆筒结构的弹性力学计算公式,阐明了高压隧洞的工作机理,同时采用水工隧洞设计规范和非线性有限元方法进行复核,认为考虑渗透体力作用的配筋方案可以作为控制方案。     

津桥湖有压隧洞衬砌结构计算分析

隧洞的衬砌设计关系到其本身的安全性与实用性,尤其是有压隧洞在泄洪过程中,高水头、高流速对洞身的安全性构成严重威胁,科学合理的钢筋混凝土衬砌设计对隧洞安全及缩短施工期十分有利。本文通过介绍隧洞的受力情况,采用理正岩土系列软件对有压隧洞进行衬砌设计,并通过PC-1500程序集中的G-12加以校核以满足稳定、运行安全的要求。     

圆形水工隧洞钢衬加固技术

在病险水库除险加固工程中,对于承受内水压力为主的圆形水工隧洞的加固问题,最简单的处理方法是在原衬砌隧洞内增加钢衬,就可使隧洞达到结构安全和防渗要求。但在实际设计及施工过程中,对这种加固技术还存在适用条件认识不足,灌浆工艺及工序不到位,钢衬起始部位止水结构设计不当等问题。由此造成钢衬抗外压失稳、受水流冲击而翘曲等安全事故。针对圆形水工隧洞钢衬加固存在的问题,分析和讨论了钢衬加固的特点及其适应性,并总结了圆形水工隧洞钢衬加固的设计及施工要点。对今后隧洞钢衬加固的设计及施工具有一定的指导意义。     

高压水工隧洞BFRP网格增强钢筋混凝土衬砌试验研究

为探究玄武岩纤维增强树脂复合材料网格(简称BFRP网格)对高压水工隧洞钢筋混凝土衬砌结构裂缝控制能力及承载能力的增强作用,进行了高压水工隧洞钢筋混凝土衬砌结构模型对比试验,试验采用真实高压水加载。通过对隧洞模型内壁环向变形监测,以及通过声发射系统对模型在加载全过程中的声发射信息监测,对比分析了BFRP网格对裂缝产生及扩展的影响。研究结果显示,与常规混凝土衬砌结构模型相比较,BFRP网格增强钢筋混凝土衬砌结构模型的极限承载力提高21%、宏观裂缝最大开度减少了68%、宏观裂缝空间分布更为分散;开裂前内壁环向拉应变增大了81%,开裂时的声发射绝对能量占加载过程中声发射总累积绝对能量的33.78%(前者为99.38%),主要破坏模式表现为韧性破坏。可见,BFRP网格可显著提高高压水工隧洞钢筋混凝土衬砌结构的裂缝控制能力和承载能力。     

考虑主筋约束作用的高压水工隧洞衬砌裂缝开度研究

针对高压水工隧洞衬砌裂缝开度的研究,基于钢筋混凝土有限差分方法,引入Cable结构单元,对衬砌开裂后混凝土—钢筋的联合承载特性进行分析,结果显示,裂缝开裂位置与衬砌力学状态有关。通过探讨运行期高内水压力工况下主筋对衬砌裂缝的约束效果,分析了环向配筋率、钢筋位置、隧洞半径和围岩类别对衬砌裂缝开度的影响,并通过逐步回归分析提出高压水工隧洞衬砌的限裂设计优化方法。结果表明:衬砌最大裂缝开度与环向配筋率、围岩变形模量呈反比,选择适中的钢筋位置可以实现对衬砌的最佳约束;在衬砌限裂的优化设计过程中,建议优先采取固结灌浆等工程措施,改善围岩力学性能,其次提高衬砌环向配筋率以减小最大裂缝开度,将调整钢筋位置和隧洞半径作为衬砌限裂的辅助方法。本文研究成果为高压水工隧洞衬砌限裂设计配筋计算和裂缝预测提供重要参考。     

高压水工隧洞钢筋混凝土衬砌裂缝开度计算方法评析

针对在复杂工作条件下的高压水工隧洞衬砌裂缝宽度的计算问题,基于国内外现有主要裂缝计算方法理论基础,通过研究内水压力、隧洞半径、衬砌厚度、保护层厚度、围岩抗力、混凝土抗拉强度以及衬砌配筋率等参数对衬砌裂缝开裂特性和扩展规律的影响,结合某抽水蓄能电站高压水工隧洞工程案例,开展各裂缝计算方法的综合评析。结果表明:(1)对高压水工隧洞衬砌而言,衬砌裂缝宽度主要受内水压力、围岩抗力和钢筋应力参数的影响,其中内水压力的影响最为显著;(2)由于裂缝开展规律不同,基于一般混凝土构件建立的裂缝计算方法不适用于高压水工隧洞,并且计算结果明显与实际情况差别较大;(3)弹性地基梁方法对高压水工隧洞衬砌裂缝宽度计算较为合适。     

无限深透水坝基渗流场与应力场耦合分析

无限深透水坝基的渗流问题是建在此类地基上土石坝成败的关键问题。渗流场和应力场耦合计算更加符合渗流实际情况。该文基于土体孔隙率和渗透性的相互关系,借助有限元软件geostudio/seepage和Sigma/w双场耦合模型,研究符合耦合计算的操作步骤;利用模型对实际工程进行计算,得到了沉降量,孔隙率的变化,主应力、渗透量及渗透坡降等关键参数在耦合时的变化规律。计算结果说明了坝基孔隙率和渗透系数相互作用并趋于稳定的过程,符合实际观测情况。     

水工隧洞衬砌结构非线性地震响应分析

为了合理描述水工隧洞衬砌混凝土的非线性力学特性,采用塑性损伤模型模拟了混凝土材料在地震荷载作用下的本构关系。在此基础上,通过将混凝土刚度与钢筋材料刚度叠加来考虑衬砌中钢筋结构对衬砌刚度的强化作用,并基于此建立了衬砌结构非线性有限元分析模型。结合动力时程法模拟衬砌结构地震响应全过程,建立了完整的衬砌结构地震响应分析模型。通过将该模型应用于某水工隧洞地震响应数值计算中,分析了衬砌结构非线性地震响应特征。结果显示:地震过程中衬砌结构腰部的位移响应较大,衬砌结构整体产生了较为明显的结构变形,导致衬砌腰部最大拉应力达到了1.3MPa左右并超过了混凝土抗拉强度;震后衬砌结构内侧受到附加动水压力的影响,导致其损伤程度较大,损伤最为严重的区域主要分布在衬砌腰部,最大损伤系数达到了0.7左右。     

高压岔管首次充排水衬砌开裂规律与渗透特征

高压岔管首次充排水过程是影响衬砌裂缝产生和扩展规律、渗透规律以及长期受力特性的关键因素,亦是关乎结构安全与围岩稳定的重要工况。以阳江抽水蓄能电站钢筋混凝土高压岔管为工程背景,基于流固耦合方法,采用离散单元法(PFC~(2D))研究了首次充水裂缝开展位置与初始地应力的关系;然后,利用有限差分法(FLAC~(3D))分析了衬砌起裂过程和贯通临界压力,明确了首次充排水至平衡状态的衬砌渗透特性以及梯级排水条件下衬砌稳定性;最后,研究了钢筋和锚杆对衬砌结构力学特性的影响,并提出限裂设计参数优化方案。结果表明:内水压力2.8 MPa为衬砌起裂临界压力,继续增至4 MPa时衬砌结构裂缝贯通;裂缝是高压岔管充水期内水外渗和放空期外水压消散的重要渗流通道,衬砌结构配筋与锚杆支护是限制裂缝开度的关键措施;放空期高外水荷载作用下衬砌存在受压破坏风险,应对内水放空梯度进行严格控制。