高压水工隧洞钢筋混凝土衬砌开裂渗漏研究

 基于弹性损伤理论和等效连续介质渗流理论,提出一种可以在高压水工隧洞衬砌开裂后估算隧洞渗水量的方法。以不同水压力作用下钢筋混凝土衬砌的裂缝宽度变化作为考虑衬砌渗透性变化的主要因素,考虑衬砌裂缝与断层相交的情况和高压固结灌浆作用的影响,对水工隧洞充水、放空阶段的内外水渗漏做出相应探讨。将惠蓄高压隧洞的监测数据和数值模型计算结果进行对比得到,隧洞的渗水量与衬砌裂缝开度及洞周是否存在较显著的渗漏通道存在密切联系。在隧洞洞周没有或尚未形成显著渗漏通道的情况下充水或放空时,计算结果与实际监测结果吻合良好;在衬砌裂缝与断层连通的渗漏通道形成后,计算结果和监测结果则会存在一定的差距。研究结果可为水工隧洞充水期内水外渗和放空期外水内渗渗漏量计算提供一种有效的思路。     

考虑渗流-应力耦合效应的深埋引水隧洞衬砌损伤演化分析

高地应力和高(外、内)水压力是影响深埋引水隧洞围岩稳定性及衬砌结构安全性的主要因素.基于等效饱和多孔介质理论,将裂隙岩体和衬砌混凝土视为具有透水特性的弹塑性损伤材料,并考虑各自的变形特性与渗透系数的动态演化规律,进行锦屏二级水电站深埋引水隧洞围岩与衬砌结构施工期和运行期渗流-应力全耦合分析.分析结果表明:施工期隧洞周边排水对开挖损伤区影响较大,内水外渗现象对地下水位和围岩结构的安全性影响不大,但内水外渗情况下隧洞的开挖损伤区对衬砌结构较为不利,将导致该部位混凝土出现拉损伤区和压损伤区,应对开挖损伤区采取一定的处理措施.     

水工隧洞预应力衬砌结构的优化设计分析

在已建工程运行过程中,由于受到诸多不确定因素的影响,水工隧洞内部出现不同程度的混凝土衬砌开裂、渗漏等问题,对工程运行效益造成严重影响,这种情况下,则需在保证衬砌预应力水平不变的基础上,对水工隧洞预应力衬砌结构进行优化设计,以减少该类型结构对工程后期投入运行的影响。本文以无粘结环锚预应力衬砌结构为例,主要从无粘结环锚预应力衬砌结构的特点入手,并结合实例对该结构的优化设计进行分析,可为类似工程提供参考和借鉴。     

水工隧洞衬砌混凝土渗水裂缝的几种处理方法

当隧洞衬砌混凝土产生裂缝后,常拌有渗水现象,会严重破坏混凝土结构的安全。弄清裂缝产生的原因,采用正确的防治及处理的方法直接关系到隧洞的使用寿命。文中论述了几种常见裂缝的处理方法。     

水工隧洞衬砌混凝土裂缝成因分析及控制措施分析

混凝土裂缝问题是水工隧道衬砌施工过程之中的一个经常发生的问题,如果在施工过程之中不能够很好地对该问题进行解决和处理,那么将会引发混凝土抗渗能力降低的问题,从而导致水工隧道的稳定性被降低,无法让水工隧洞发挥其本身所特有的功能。为此,文章主要对水工隧洞衬砌混凝土裂缝成因分析及其控制进行了简要的分析和阐述,以此来有效的保障水工隧道施工的顺利进行。     

水工隧洞衬砌结构的缺陷检测及稳定性分析

文章通过对水利工程隧洞衬砌结构的检测入手,进行分析,以期提供一个借鉴。     

水工隧洞衬砌混凝土裂缝的防治及处理

水工隧洞衬砌混凝土裂缝的出现,会影响结构的整体性和刚度,降低混凝土抗渗能力和承载力,影响隧洞的使用功能,应该采取各种有效的预防与处理措施,保证隧洞设计指标的全面实现。文章分析了水工隧洞衬砌混凝土裂缝产生的原因,介绍了裂缝的预防和处理的具体方法。     

城门洞型压力隧洞衬砌限裂配筋设计方法研究

以城门洞型无压隧洞改建为引水发电隧洞的限裂配筋设计方法为研究对象,综合分析衬砌开裂前后围岩–衬砌混凝土–钢筋的联合作用,建立起二维(平面应变问题)非线性有限元数值仿真分析模型,经分析得到运行期内水压力工况下衬砌中钢筋应力、衬砌混凝土拉应力、衬砌裂缝、裂缝宽度的分布规律、衬砌配筋设计结果,以及检修期外水压力工况下衬砌混凝土裂缝处的应力集中现象和衬砌配筋的验算结果。提出的衬砌限裂配筋设计方法较以往的方法考虑更多影响配筋结果的因素,使结果更符合水工压力隧洞的实际工况,对同类工程设计具有指导意义。     

水工隧洞施工缺陷对衬砌承载性能的影响

在水工隧洞建设中,混凝土衬砌裂缝和顶拱厚度不足是经常发生且十分典型的工程质量问题。具有这种质量缺陷的衬砌在不利工况下其结构性态如何,是广大技术人员十分关心的问题。该文在白山嘴输水隧洞实际衬砌结构缺陷现场检测的基础上,分析了缺陷模式和尺寸,提炼出缺陷特征,并采用FLAC程序进行了计算分析。计算结果表明,该缺陷对衬砌的安全稳定性有明显影响,但在进行缺陷修补加固、恢复衬砌整体力学特性以后,混凝土衬砌的性能将能够满足设计要求。     

高水头作用下水工压力隧洞的水力劈裂分析

以前研究均认为水力劈裂的必要条件是岩体中发生Ⅰ型张拉破坏。实际上，在众多岩体工程中，其断裂破坏型式多属压剪破坏。本文根据断裂力学原理对高水头作用下水工压力隧洞的水力劈裂作用进行了研究，首先研究水工压力隧洞围岩区各种类型裂纹的Ⅰ型应力强度因子的计算方法，讨论分析张开型复合型裂纹发生水力劈裂的理论判据。然后研究压剪断裂的力学机理，分析有水压力作用的压剪断裂应力强度应力的计算及其断裂判据。最后将以上理论应用于某水电工程引水发电隧洞的高压竖井的水力劈裂安全性分析中。     

岩石水压致裂过程的耦合分析

岩石的水压致裂过程是典型的渗流与应力耦合作用的破坏过程。在经典Biot渗流力学基本方程的基础上，基于弹性损伤理论，建立了岩石损伤演化过程的渗流-应力耦合模型，运用岩石损伤破裂过程渗流-应力耦合分析系统F-RFPA^2D，对水压致裂过程中裂纹的萌生、扩展、渗透率演化规律及渗流-应力耦合机制进行模拟分析，初步揭示了岩石水压致裂过程的失稳力学行为。     

双连拱隧道二次衬砌施工数值分析

双连拱隧道是目前交通建设与岩土工程研究的一个热点问题。利用数值模拟的方法,计算分析了南京九华山隧道二次衬砌阶段中隔墙、仰拱与顶拱的受力、变形情况,为实际施工提供了理论指导和参考,也为这类问题的研究提供了一条新的思路。     

铁路运营隧道衬砌背后接触状态及其分析

 铁路隧道衬砌背后接触状态可分为衬砌背后接触密实、衬砌背后接触松散和衬砌背后空洞3种情况,其中,衬砌背后接触松散和衬砌背后空洞统称为衬砌背后接触不良,是常见的隧道质量缺陷。研究表明：衬砌背后接触不良是诱发隧道病害的重要原因,直接影响到隧道结构的安全性。通过对100余座铁路运营隧道衬砌无损检测及统计分析,取得以下结论：(1) 同等条件下,单层衬砌比复合式衬砌更易出现衬砌背后接触不良状况,且单层衬砌背后接触不良程度高于复合式衬砌;(2) 衬砌背后接触不良段所占比例及严重程度与围岩级别有密切关系,在隧道围岩稳定性较差的区段更为严重;(3) 衬砌背后接触不良状况随断面位置而变化,以拱顶处最大,拱脚减小;(4) 衬砌背后空洞的存在受到隧道设计理念、工程质量控制和运营养护水平等因素的影响,而衬砌背后及时的回填注浆则是控制的关键。取得的隧道衬砌背后接触状态及其分布规律可为结构缺陷的病害演化及致灾机制的研究提供参考与借鉴。     

爆破震动作用下公路隧道动力特性分析

基于小净间距的南方某公路隧道二期工程爆破震动安全监测，通过爆破震动作用隧道围岩与衬砌质点振动速度波频谱分析与质点振动速度幅值分布情况，对公路隧道混凝土衬砌及其围岩在爆破地震波作用下的力学性质特征进行论述，指导和优化爆破施工，为合理与有效保护隧道衬砌提供依据。     

水力压裂裂缝穿层及扭转扩展的三维模拟分析

 应用并行有限元程序对水力压裂过程进行真三维数值模拟,实现对压裂裂缝起裂、扩展及扩展中的穿层、扭转行为的全过程分析;数值计算中无需假定压裂裂缝的起裂位置和扩展路径,即可根据实际岩体水力学模型的力学、水力学等边界条件,自动标定出压裂裂缝的三维扩展模式,并显示出该并行有限元程序对复杂地质力学条件下水力压裂过程三维模拟分析的适用性。通过对压裂裂缝扩展过程中孔隙压力分布、裂缝几何形状和尺寸的演化进行了解读,显示出压裂裂缝的扩展模式与地层分布密切相关。当生产层很薄或生产层与上下阻挡层岩性差别较大时,裂缝穿层现象突出,可能会出现压裂实际缝长远远小于设计缝长的现象;近场地应力差异、地层分布特征及岩体细观非均匀性都有可能诱发压裂裂缝扭转扩张。分析结果对水力压裂施工设计具有一定的参考价值。     

某高速公路隧道二次衬砌安全性分析

二次衬砌作为Ⅲ类以下围岩隧道的主要承载结构和最后一道防水防线，其结构安全对隧道工程质量起着至关重要的作用。首先根据公路隧道设计规范和普氏地压理论，对某高速公路隧道围岩压力进行计算，为现场二次衬砌压力实测值提供了可比较的参考标准。然后，根据二次衬砌压力实测值，应用同济曙光软件对最大实测压力断面二次衬砌结构内力进行数值计算，根据规范对二次衬砌轴力和剪力设计值进行计算，并基于数值计算结果对二次衬砌进行了结构强度校核。最后结合隧道设计、工程地质、施工及地质雷达探测情况，分析了该隧道加宽段及其附近二次衬砌压力明显偏大和产生细小裂缝的原因。     

火灾下隧道衬砌的安全设计

在考虑衬砌混凝土和钢筋在高温下的非线性以及非线性温度荷载曲线的基础上,有限元数值模拟计算可获得衬砌在火灾发生前后的内部荷载,并且由温度传播分析和非线性结构分析模型计算得到火灾中衬砌的承载能力.该计算模型考虑衬砌材料力学性能随温度升高而降低的应力释放系数以及围岩与隧道衬砌之间的相互作用.此计算与时间增量历史有关,即考虑不同燃烧时间段材料力学参数的改变.除给出此项目在奥地利境内火灾下一个隧道截面安全设计计算结果外,还在计算中考虑高温荷载以及由高温荷载产生的影响.计算结果可以更好地帮助理解隧道衬砌在高温下的力学行为,便于对隧道结构设计进行火灾条件下的设计校核以及制定隧道衬砌结构火灾安全设计规范,为隧道结构火灾安全方面的设计计算和研究提供参考.     

水力压裂时岩石破裂压力数值计算

 以多孔介质流体渗流与岩石应力–应变耦合理论为基础,推导水力压裂时岩石破裂压力数值计算方程,提出一种全新的岩石破裂压力计算方法。该方法考虑岩石变形与流体渗流的全耦合作用,采用有限元法数值计算技术,能模拟计算流体向地层渗滤情况下井眼周围地层有效应力的时空分布,因此,该方法不但能求得岩石的破裂压力,还能同时求得岩石的破裂时间。建立的破裂压力数值计算理论克服传统破裂压力解析计算方法的许多不足,如无法精确计算井眼周围孔隙压力的升高导致应力集中加剧对破裂压力的影响,无法计算地层破裂的确切时间等问题。该计算理论的建立,实现岩石破裂压力数值计算的突破和计算精度的提高,为水力压裂时岩石破裂压力的计算找到了新的理论和方法。