柘溪水电站引水隧洞钢筋混凝土衬砌开裂原因分析及安全度评价

本文采用钢筋混凝土非线性有限元法对柘溪水电站引水隧洞钢筋混凝土衬砌结构进行了全面计算，分析了衬砌开裂的原因，对衬砌强度作出了估计并提出了有关建议     

柘溪水电站引水隧洞钢筋混凝土衬砌结构的可靠性分析

柘溪水电站引水隧洞钢筋混凝土衬砌出现开裂 ,本文采用钢筋混凝土非线性随机有限元方法对隧洞钢筋混凝土衬砌结构进行了计算 ,求出了相对应的可靠指标 ,并对结构的可靠性进行了分析。     

各向异性岩体中埋藏式管道衬砌结构分析

 采用三维非线性有限元对层状各向异性岩体中钢衬钢筋混凝土管道洞室开挖、充水运行和衬砌结构开裂等工况进行了分析计算。根据钢衬钢筋混凝土衬砌与围岩联合受力的特点，提出了层状各向异性岩体中钢衬钢筋混凝土管道结构分析的计算方法。通过对多种方案计算和比较，论证了层状各向异性岩体中钢衬钢筋混凝土管道衬砌结构受力的基本特点，为层状各向异性岩体中钢衬钢筋混凝土管道衬砌的配筋和衬砌厚度的确定，提供了可靠的设计依据。     

高压水道钢筋混凝土夹心钢板衬砌研发与性能验证

针对高压水道中钢筋混凝土衬砌内水外渗以及钢板衬砌易于溃屈问题,研发了一种高压水道钢筋混凝土夹心钢板衬砌,主要由内层钢筋混凝土-钢板-外层钢筋混凝土组成。为验证新型衬砌性能,进行了高内外水交替作用下模型试验,研究衬砌变形受力及荷载分担变化情况。结果表明：外水压力作用下衬砌处于受压状态,各部分荷载分担比较为固定,钢板部分所受压应力仅为1.47 MPa,远低于临界应力20.25 MPa,失稳溃屈的风险极小;内水压力作用下衬砌处于受拉状态,随着内水压力的增加,内层混凝土会先于外层混凝土开裂,未开裂前衬砌各部分荷载分担比基本固定;开裂后混凝土部分分担荷载降低、钢板与围岩所分担荷载增加,钢板所受拉应力为28.01 MPa,远低于其极限强度。相较于传统衬砌,新型衬砌结构在高压水道环境下具有更优越的性能。     

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。     

坪头水电站地下厂房顶拱衬砌型式的选择

坪头水电站地下厂房原顶拱为钢筋混凝土衬砌型式，因施工及地质原因，顶拱部分衬砌混凝土出现开裂、掉块。后因遭遇不良水文地质条件，将地下厂房在原地上抬15．0m。通过对两种常用的刚性和柔性支护方案在地质条件的适应性、三维数值分析结果对比，最终选择了适合本工程特点的钢筋混凝土衬砌结构。     

承压隧道中钢筋混凝土衬砌渗流过程分析

为了研究隧道内部高水压下混凝土衬砌在压力作用下的破坏过程,以及衬砌混凝土与岩体界面渗流过程,分别对水-力相互作用下衬砌混凝土内部渗流过程以及混凝土开裂对渗流的影响进行分析。结果表明：(1)高内水压对钢筋混凝土衬砌和岩体的渗透系数、塑性应变以及渗流变化均有显著影响;混凝土衬砌中,钢筋的合理分布有助于降低塑性应变量和渗流量。(2)混凝土衬砌中出现裂缝后,衬砌的渗透系数大大增加,但衬砌内的渗透压力逐渐减小。(3)衬砌混凝土开裂后,钢筋混凝土衬砌的渗透系数增大至1.5×10^-8m/左右;在脱水过程中,部分裂缝闭合,隧道的渗水流出量下降。     

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。     

柘溪水电站引水隧洞钢筋混凝土衬砌仿真模型试验研究

通过仿真模型试验，研究柘溪水电站引水隧洞钢筋混凝土衬砌在不同荷载组合下的受力性能，分析衬砌开裂的原因，同时探讨了地应力的影响和壁厚为一倍洞径时相邻引水隧洞的相互影响等相关问题。     

大型地下钢筋混凝土岔管结构优化分析

本文根据岩体和混凝土衬砌联合受力特点，系统地提出了大型地下钢筋混凝土岔管结构优化分析方法。针对岔管空间几何特征，结合三维有限元的原理，提出了采用程序分析判断，自动生成各种不同类型的三维有限元地下钢筋混凝土岔管结构网格的计算方法。该方法只须输入几个关键的控制参数，便能自动剖分所须岔管网格，为大型地下钢筋混凝土岔管结构优化分析提供一种快速网格生成方法。根据岩体损伤开裂和弹塑性破坏特征，从岩体开挖应力扰动的塑性耗散能扩散理论和混凝土衬砌结构开裂损伤原理，提出了大型地下钢筋混凝土岔管结构型式优化的评估方法。通过对工程实例分析，证明该方法能综合反应地下钢筋混凝土岔管结构型式和参数选择以及岔管所处的地质环境和条件的影响，为优化地下钢筋混凝土岔管结构合理型式提供了一种有效的分析方法。     

岩石围岩盾构钢筋混凝土内衬高内压输水隧洞受力简化分析方法

长距离输水工程在穿越城市群时,往往需要深埋以规避地表及浅层地下的各类建(构)筑物。这种情况下盾构隧洞成为极具优势的选择方案。当这种深埋隧洞的围岩具有较好承载能力时,可以采用钢混凝土内衬与盾构组成复合衬砌,与围岩一起共同承担管道内的高内水压力。而这种隧道结构的内衬往往会发生开裂,进而改变其受力特征,此时内衬、盾构管片与围岩如何共同受力成为了工程设计的重点和难点,对此目前还没有成熟的计算方法和规程。针对钢筋混凝土受内水压开裂后的受力变形特点,提出了钢筋混凝土内衬开裂后刚度减少的等效刚度计算方法,计算在内水压力作用下复合衬砌与围岩共同作用的受力特点。结果表明:当围岩弹性模量达到2 GPa时,这种结构可以具有较好的承载能力;当围岩弹性模量达到5 GPa时,可以承担1 MPa以上的内水压力,围岩具有较好的利用价值。研究结果为盾构钢筋混凝土内衬高压输水隧洞联合受力提供了简化的计算方法。     

软岩隧洞二次衬砌的裂缝特性与成因

某大型灌溉工程中的引水隧洞，二次衬砌产生了严重裂缝．通过对不同洞段的衬砌变形、裂缝的发生发展以及衬砌与围岩温度的跟踪观测，获得了二次衬砌的应力变化与发展规律、混凝土的收缩曲线及影响因素、裂缝的产生时间与发展变化特性、温度应力的分布与变化过程．各种观测结果规律性好、相互印证，为裂缝的原因分析提供了可靠的依据．综合分析监测结果得出：隧洞二次衬砌的纵向裂缝与横向裂缝产生的原因是不同的，纵向裂缝是由于围岩压力和混凝土的收缩应力共同作用的结果，横向裂缝是由于混凝土的温度应力和收缩应力共同作用所致。     

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。     

机械化衬砌混凝土板裂缝的预防及控制措施

结合山东省南水北调济平干渠工程衬砌试验段施工情况，着重从地基处理、垫层料铺设、混凝土原材料质量、混凝土浇筑、成型混凝土割缝及养护几个方面分析了机械化衬砌混凝土板裂缝产生的主要原因，并针对性地提出了预防及控制措施。实践证明：通过采取积极的预防及控制措施，对减少混凝土衬砌板裂缝的产生是非常有效的。     

泄洪洞混凝土衬砌温控方案研究

为寻求衬砌混凝土的有效温控防裂措施,结合某泄洪洞混凝土衬砌实际情况,在考虑了混凝土热力学参数随龄期变化、混凝土实际浇筑过程对温度应力影响的基础上,设计不同的温控方案,利用大型有限元软件对泄洪洞衬砌混凝土温度场、温度应力场进行了三维仿真计算.结果表明:衬砌混凝土浇筑完后第2天达到最高温度,第3天表面出现较大的拉应力,混凝...     

蒲石河抽水蓄能电站钢筋混凝土岔管有限元计算

结合蒲石河抽水蓄能电站地下引水高压钢筋混凝土岔管实例,利用弹簧简化模型,应用三维有限元非线性计算方法,分析研究了地下钢筋混凝土岔管在充水运行与放空检修工况下,衬砌、钢筋的应力与变形.通过分析计算结果得出衬砌厚度的合理取值,并对衬砌的配筋及最大裂缝宽度进行探讨.     

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。