水工压力隧洞结构设计若干关键问题刍析

据水工压力隧洞结构与荷载特点,讨论了水工压力隧洞最小覆盖厚度、主应力大小顺序、外水荷载、钢筋混凝土衬砌轴向裂缝与限裂设计、衬砌伸缩缝间距设计与环向裂缝开展等涉及水工压力隧洞结构设计诸多复杂问题,探讨了解决上述疑难问题的计算模型与计算方法,强调为保证水工压力隧洞衬砌与围岩联合承载,应重视水工隧洞回填灌浆与高压隧洞固结灌浆.     

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。     

第二届全国水工岩石力学学术会议将在武汉召开

由中国岩石力学与工程学会等单位主办的第二届全国水工岩石力学学术会议将于2008年10月25—26日在湖北省武汉市召开。会议将围绕水工岩石力学基础理论、试验方法、高坝坝基稳定、高边坡稳定与治理、超大规模地下洞室群设计与安全控制以及深埋水工长隧洞建设等问题开展交流与讨论。会议主要议题如下：复杂地质高坝坝基设计理论与分析方法；     

基于断裂力学的水工隧洞衬砌裂缝扩展分析

经钢筋混凝土衬砌的压力隧洞在使用上要求将衬砌裂缝控制在一定范围内。由于内外高水头圧力的作用,水工隧洞衬砌裂缝具有不同于一般钢筋混凝土裂缝的特点。通过总结前人关于水工压力隧洞混凝土衬砌裂缝的计算方法,提出利用断裂力学准则计算水工压力隧洞衬砌裂缝的宽度,并结合工程实例验证了该方法的可行性。     

水工隧洞钢筋混凝土衬砌开裂加固设计方法研究

由于现行水工隧洞设计施工规范中,尚无明确的针对隧洞在运行阶段出现裂缝后进行修补的设计方法和施工规程。因此,文章结合某境外水工隧洞的衬砌混凝土开裂问题,对水工隧洞钢筋混凝土衬砌开裂的加固设计方法进行了研究,并提出了相应的修补措施,通过计算验证了该方法的正确性。该计算基于有限元数值方法,通用性较强;修补措施简单有效,施工方便,确保工程的安全运行。     

关于圆形有压水工隧洞衬砌裂缝计算的探讨

目前水工隧洞衬砌限裂设计中所用的公式基本上仍然是普通钢筋混凝土结构的裂缝计算公式,其计算结果是裂缝密而细。但是,无论在工程实践或隧洞衬砌的水压试验中,都得出相反的结论,即隧洞衬砌一旦开裂,在洞内仅出现少数几条宽裂缝,缝宽远远大于按普通钢筋混凝土结构裂缝公式计算的数值。这说明普     

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．     

水工隧洞混凝土衬砌裂缝主要原因及预防措施

混凝土衬砌裂缝是水工隧洞常见的缺陷，本文结合国内工程实践，对水工隧洞混凝土衬砌裂缝进行分类，结合典型水工隧洞混凝土衬砌有限元温度徐变应力仿真计算，分析了裂缝主要原因及预防措施。     

尼泊尔TNH水电站引水隧洞衬砌结构计算

通过有限元计算获得隧洞衬砌结构的应力是目前水工隧洞配筋的有效方法,采用Rocscience.Phase2软件进行数值计算,模拟了隧洞在施工完建、正常运行及检修工况的应力及变形,选取控制工况分析衬砌结构的应力分布,并进行衬砌结构配筋及裂缝验算,在满足钢筋应力及混凝土裂缝控制的要求下得出合适的配筋方案。     

圆形压力水工隧洞在轴对称岩体应力作用下的弹性理论计算

深埋于地层之中的圆形压力水工隧洞,无论是坚硬围岩还是软弱围岩,以往多按普氏和太沙基山岩压力理论及弹性抗力假定,采用结构力学或与弹性力学相结合的计算方法设计衬砌结构,这在某些情况下,不符合实际情况。对于支护结构的合理设计,国内外都在不断地探讨新方法,目前采用《新奥法》进行支护设计就是其一。本文视压力水工隧洞的围岩和混凝土衬砌为不同的弹性介质,运用弹性理论,推导出在轴对称岩体应力和内水压力联合作用下,计算混凝土衬砌及位移的计算式为:     

考虑钢筋滑移效应的高压隧洞衬砌配筋计算方法

在高压水工隧洞混凝土衬砌限裂配筋计算中,为获得满足限裂要求又经济合理的配筋方案,基于三维损伤有限元,采用钢筋混凝土组合力学模式,引入混凝土弹性损伤模型,建立考虑钢筋滑移效应的应力迭代计算方法,根据水工隧洞衬砌限裂设计原则确定配筋计算流程。将此方法应用于鲁地拉水电站引水隧洞的配筋计算表明,钢筋应力及配筋面积与实际较为吻合。     

不同隧洞围岩压力计算方法对管片力学特性影响研究

为探究隧洞围岩压力计算方法对管片力学特性的影响,文章以榕江关埠引水工程为研究对象,依据全土柱理论、SL 279—2016《水工隧洞设计规范》与普氏理论3种围岩压力计算方法,基于地层-结构法建立TBM有压输水隧洞精细化模型,分析其结构的安全稳定性。结果发现,隧洞处于安全状态,围岩压力计算方法对管片应力及变形影响较大;全土柱理论物理意义明确适用于浅埋隧洞,对于深埋隧洞可以选取普氏理论进行设计研究。该研究可为类似工程提供一定的理论参考。     

引大工程盘道岭隧洞裂缝成因分析及处理对策

水工建筑物混凝土裂缝在施工期和运行期都会程度不同地出现,水工隧洞衬砌结构裂缝成因一般是基于多因素共同作用的结果。盘道岭隧洞衬砌混凝土由于设计和地质等方面的原因产生裂缝,并伴有渗水现象,尤其是发生在隧洞要害部位的纵向裂缝,明显地反映出工程所潜在的不安全因素。因此,弄清楚裂缝产生的原因,采用有效的防治及处理的措施,可有效延长隧洞的使用年限有。本文简要回顾建设期的施工方法和出现的问题,对隧洞裂缝产生的成因进行了客观分析,并通过裂缝处理和除险加固措施,对运行后期防止裂缝继续发展的提出相应的对策和建议。     

水工隧洞封堵体设计与施工

文章通过对水工隧洞封堵体在布置、选型、结构计算、工艺选择等方面的深入研究，详细阐述了水工隧洞封堵体的设计方法以及在施工中应注意的问题，对水工隧洞封堵体的设计与施工具有一定的指导意义。     

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     

基于线弹性断裂力学的深埋水工隧洞水力劈裂分析

我国西部地区水电站多位于高山峡谷地区,水工隧洞常被深埋于地下水位以下的位置,导致水工隧洞常出现水力劈裂现象.本文采用线弹性断裂力学分析方法从深部围岩裂纹扩展入手,建立深埋水工隧洞围岩力学模型,分析深埋水工隧洞的水力劈裂现象;在计算过程中同时考虑高地应力和高渗透压力两种情况,并引入广义临界水压力,导出广义临界水压力在拉剪复合模式下和压剪复合模式下的表达式,最后分析获得在压剪复合状态下的广义临界水压力与中心裂缝角度β之间的关系.     

斐济南德瑞瓦图水电站工程隧洞渗漏及底板裂缝成因分析

水工隧洞的渗漏及裂缝是隧洞设计控制的关键,其成因也是多方面的,是工程技术人员在设计过程中难以避免的问题。通过隧洞的设计与工程实践,分析了隧洞的渗漏原因及其危害,底板产生裂缝的原因分析以及控制措施,为水工隧洞充水、放水控制提供了工程经验。     

关于《水工隧洞设计规范》中若干结构计算问题的讨论

在水工隧洞设计规范中,对结构计算介绍了弹性力学法、边值数值法和有限元法,宜在工程设计时合理使用;而在具体计算中,衬砌材料的弹性模量、围岩介质力学的指标又是十分重要的基础数据,亦需合理确定。文章系笔者在岗位工作和实际工作期间,所了解到的情况和设计实践过程的反馈意见,加以整理与归纳,供讨论。同时可供设计人员在执行隧洞设计规范时,在结构计算方法与基本参数选值问题上有所参考与借鉴。     

水工隧洞设计方法研究

水工隧洞可为水利水电工程建设提供完善的电力能量来源,也可为周边打通水利运输的通道,但由于我国水工隧洞的设计方法单一,隧洞施工设计的多样性较差,未能充分发挥水工隧洞在水利水电工程施工中的应用优势,因此,加强对水工隧洞设计方法的研究,有利于保障选择支护结构型式的合理性。文章首先阐述了水工隧洞设计方法的类型及其在应用过程中的注意事项,结合工程实例对水工隧洞设计方法进行分析,以提高隧洞设计的整体水平。