大坂膨胀性泥岩引水隧洞长期稳定性分析

 结合室内三轴蠕变试验与数值仿真技术,研究大坂引水隧洞膨胀性泥岩饱水状态下蠕变力学特性,建立泥岩非线性蠕变力学模型,并开展大坂引水隧洞TBM施工开挖、支护、长期运营过程的饱和渗流–应力耦合仿真计算。重点模拟TBM开挖预留变形、初次支护半年后顶管片和侧管片开裂破坏问题,以及采取锚杆、围岩注浆、二次衬砌和钢支撑相结合的联合二次支护措施后隧洞长期安全性的评价与设计验证问题,研究成果为引水隧洞的支护设计提供依据,对同类工程的研究具有一定参考意义。     

引水隧洞施工及运营过程数值分析

利用ANSYS大型数值分析软件对引水隧洞TBM掘进段的施工及运营过程进行了三维数值模拟.采用生死单元,获得了隧洞在施工各个阶段的应力及位移释放情况.对数值计算结果进行了分析,得出一些有意义的结论,对大型隧洞工程的设计和施工具有指导意义.     

引水隧洞开挖释放荷载模拟方法的对比研究

岩体工程开挖后的应力调整和变形与施工的具体方法和时空间效应相关,对于开挖边界等效释放荷载的模拟问题,常用的方法有应力释放法和参数弱化法。总结了应力释放法和参数弱化法两种方法的原理和优缺点,考虑在无渗流场和渗流场的两种情况,对一典型引水隧洞开挖问题中释放荷载的模拟,分别采用上述方法进行数值计算和对比分析,并采用其中的应力释放法应用于锦屏深埋引水隧洞施工开挖围岩稳定分析。分析结果表明,等效荷载释放率相同时,无渗流场情况和有渗流场情况均为应力释放法对隧洞周边应力扰动最大,应力释放法和参数间接弱化法计算结果较为相似,直接参数弱化法计算结果与二者相差较大;锦屏隧洞在实际开挖时应该采取措施控制水平方向的等效荷载释放,实际开挖工程中的同一断面不同位置的荷载释放会存在差异,将影响最终开挖损伤区的范围和损伤程度。     

地下水对引水式电站隧洞围岩稳定性影响的研究

基于大型通用有限元软件ANSYS对引水式水电站引水隧洞开挖与衬砌过程进行数值模拟。隧洞开挖与衬砌采用ANSYS软件中的生死单元来实现。通过模拟隧洞的开挖与衬砌,改变地下水水位,进而对各水位对应下的引水隧洞洞身段围岩及衬砌稳定进行评价。故在计算结果的基础上．结合工程实际情况和经验．研究地下水水位对隧洞围岩稳定性的影响,并得出几点有益的结论,以期为实际隧洞工程施工及设计提供依据。     

渗水高压引水隧洞衬砌的设计研究

在借助渗流体积力考虑渗流场的力学效应，并由室内试验获得渗透系数随应力水平而变化的关系式的基础上，建立了裂缝混凝土衬砌和渗水围岩地层中渗流场与应力场的耦合计算模型，然后根据衬砌混凝土裂缝出现和开展后的受力变形的特征，提出了一种可供高压引水隧洞衬砌配筋采用的计算方法，并将其应用于广蓄电站二期工程高压引水隧洞衬砌的设计研究。     

高速公路近接既有引水隧洞施工及运营安全分析研究

某新建高速公路设计路线两次交叉既有引水隧洞,其路基填方及完工后的汽车荷载影响既有引水隧洞结构安全。本文采用ANSYS有限元软件对交叉最薄弱段路基填方施工建设及通车工况进行了隧洞结构安全数值模拟分析,并建议对薄弱处隧洞上部围岩进行注浆固结加固以确保隧洞结构安全。分析结果表明,固结灌浆措施能够确保既有引水隧洞在施工及运营期的结构安全,这为类似新建高速公路近接既有隧道施工及运营提供了一种处治方案。     

沙湾水电站引水隧洞穿越赋水砂砾石地层设计和工程实践

以沙湾水电站引水隧洞穿越八棱沟工程为例,设计阶段采用了工程类、理论计算等方法,在赋水砂砾石地层下,分析了确保引水隧洞穿越八棱沟施工安全和运行期安全,调整隧洞开挖断面、初期支护和施工工艺,加强现场安全监测与信息反馈,对设计和施工进行动态调整。     

特长隧洞施工通风系统设计及应用

本文以锦屏二级水电站引水系统中引水隧洞洞群所采用的通风系统为例,详细阐述了隧洞施工通风系统设计流程及原则,以及通风方式的选择及通风风量的计算。对长大隧洞施工中合理布置通风系统留下了可贵的参考经验。     

带有调压室的长距离引水系统水力特性研究

为了解和掌握带有调压室的长距离引水系统的特殊水力特性,依托锦屏二级水电站,采用压力引水系统水力过渡过程的数学模型,计算和分析了引水隧洞长度对引水系统大波动过渡过程的影响,考虑在各种大波动过渡过程中不利工况情况下,分析了阻抗式和差动式两种型式调压室引水系统的水力特性,揭示了长距离引水隧洞沿线压力分布、调压室涌浪特性、蜗壳进口压力随引水隧洞长度变化的规律。     

跨越式城市供水工程的设计与施工

通过对城市输水系统引水隧洞与铁路隧道交叉段的可行性论证、加固设计与施工、引水隧洞微振爆破的成功实施,为类似工程提供了经验和借鉴.     

海底隧道流固耦合模型试验系统的研制及应用

 围岩与水体的流固耦合作用对海底隧道的稳定性具有重要影响,很有必要开展流固耦合模型试验研究。根据流固耦合模型试验的特点,研制可用于模拟准三维平面应力和平面应变的新型流固耦合模型试验系统。该系统的整体尺寸为3.4 m×3.0 m×0.8 m(宽×高×厚),由钢结构架、钢化玻璃试验箱和水压加载装置组成。其中钢结构架由6榀可独立操作的高强度合金铸钢构件通过高强螺栓连接组合而成;钢化玻璃试验箱结构,既能保证试验要求的密封性,又便于可视化观察施工过程中海底隧道围岩渗流、变形特征。同时,采用研制的新型流固耦合模型试验系统和独立研制的新型流固耦合相似材料依托青岛胶州湾海底隧道开展流固耦合模型试验研究,揭示海底隧道施工过程中洞壁压力和围岩位移场、渗流场等的变化规律。研究方法技术及结果对类似工程研究具有一定的指导和借鉴意义。     

基于流固耦合理论的连拱隧道围岩稳定性分析

以湖南省常吉高速公路新修建的一些大跨度连拱隧道为工程背景，基于流固耦合分析理论，利用快速拉格朗日有限差分法对连拱隧道围岩稳定性进行分析。主要考虑流固耦合效应作用时，围岩级别、隧道埋深、地下水位以及施工工法和初期支护等因素对围岩稳定性的综合影响，得到Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ级围岩在各种情况下隧道开挖后围岩最大主应力、洞周位移、塑性区、孔隙水压力分布以及喷锚支护受力特征等结果，探讨连拱隧道开挖渗流机制，并分析深埋连拱隧道开挖后的孔隙水压力场分布特征。研究结果直接指导该高速公路二期工程中的隧道防排水施工和支护措施的改进提高，为富水地层条件下的隧道工程开挖设计提供一定的理论参考。     

考虑注浆圈作用的体外排水隧道渗流场解析研究

体外排水方式在隧道工程中已得到逐步应用,但考虑注浆作用的体外排水隧道渗流场解析理论未见报道,导致理论滞后于工程实践。基于镜像法与渗流力学理论,提出了考虑注浆圈作用的体外排水隧道渗流场理论模型,通过解析退化、数值仿真两种方法共同验证了理论模型及解析公式的正确性,探讨了注浆圈渗透系数与厚度对涌水量、隧道外水压力的影响规律。分析结果表明：注浆圈渗透系数对体外排水隧道渗流场存在显著影响,随注浆渗透系数比值增大,涌水量可得到明显控制,但会引起外水压力的增长;注浆圈厚度影响相对较小,其影响主要在于厚度值越大时能一定程度上加强对底部结构外水压力的控制。提出了兼顾隧道限排要求与隧底水压力控制效果的合理注浆圈参数。研究成果以期为体外排水隧道注浆参数设计及施工实践提供参考。     

隧道渗漏水的治理

渗漏是隧道常见病害,可使隧道环境恶化,影响隧道内器材的性能,增加隧道维修费用,严重时影响隧道功能的正常发挥。通过分析造成隧道渗漏水的原因,总结了切实可行的治理措施,达到了防治隧道渗漏的目的。     

隧道渗漏水红外辐射特征模型试验及图像处理

 对室外大型混凝土模型墙体注水模拟隧道衬砌渗漏水,利用红外热像仪观测渗漏水的红外辐射特征,获取红外热图像,研究混凝土渗漏水过程中的红外辐射规律,并编写MATLAB图像处理程序提取混凝土渗漏水红外热图像特征。混凝土一般渗漏水试验结果表明：渗漏水热图像呈现高温区域包围低温区域的温度场特征,渗漏水区域边缘温度梯度较大;混凝土渗漏水过程试验结果表明：渗水流量越大,渗漏水区域和基底混凝土的红外辐射温差越大,水域温度越均匀,水域边缘温度场变化越剧烈;试验结果可以为混凝土工程(如地下建筑、隧道等)渗漏水的检测和预警提供指导。针对渗漏水红外图像特征,利用MATLAB编写的程序能够提取热图像中的渗水面积等信息,为隧道渗漏水车载动态检测软件系统开发奠定基础。     

水下隧道渗流场解析解及其应用

 以复变函数和地下水水力学理论为基础,推导由围岩、注浆圈、衬砌混凝土组成的水下隧道渗流场解析解。以厦门海底隧道F4风化囊地段为工程背景,研究影响围岩、注浆圈、衬砌的渗流参数对衬砌外水压力和渗流量的影响。研究结果表明,注浆圈和初期支护施工效果对衬砌后水压力和渗流量的影响很大,应重视注浆圈和初期支护的施工。当排水系统堵塞,渗流量减小时,初期支护和二次衬砌的外水压力会重新分配。结合理论计算和现场实测水压力结果,提出在堵水限排情况下,初期支护水压力可降至静水压力的1/3。     

溪洛渡电站地下洞室群爆破地震效应的研究

 采用现场爆破振动测试研究复杂地下导流洞群爆破地震波传播规律,并利用萨道夫斯基经验公式对测试数据进行回归分析,测试结果表明水平向爆破质点峰值振动速度可以作为地下洞室的安全判据;应用FLAC3D数值软件模拟爆破振动对相邻洞室的影响,得到爆破振动作用下相邻洞室振动速度、应力和位移的分布规律,并从静载作用和动载作用两方面分析评价相邻洞室的安全稳定性。计算结果表明：现场测试结果与计算结果吻合较好;采用振动速度作为安全判据是可行的;爆破振动作用下相邻洞室迎爆侧是容易出现破坏的区域,且随着冲击荷载增大,迎爆侧直墙最容易出现拉伸破坏。最后针对具体工程,根据相邻洞室洞壁最大拉应力与最大振动速度的统计关系,并结合岩石动态抗拉强度准则提出爆破振动作用下相邻洞室发生破坏的临界振动速度。     

深长隧道充填型岩溶管道渗透失稳突水机制三维流–固耦合模型试验研究

 为研究岩溶地区隧道开挖过程中充填型岩溶管道受施工扰动和地下水渗流作用发生失稳突水的机制,以湖北省保康至宜昌高速公路尚家湾隧道突涌水段为工程背景,通过大型三维可视化固液耦合试验平台、水压加载控制系统以及水压环境下有较好相似度的流-固耦合岩石和充填物相似材料的研制,开展深长隧道充填型岩溶管道渗透失稳突水的大比尺三维流-固耦合模型试验,真实再现隧道开挖和水压加载过程中,岩溶管道充填物中裂隙形成–扩展–导水通道贯通–突水的全过程,通过位移、应力和渗压变化规律的分析,揭示了充填物渗透失稳突水过程的灾变演化机制。试验结果表明：(1) 施工过程中充填型岩溶管道突水是开挖扰动和高地下水位高渗透力作用诱发充填物渗透失稳的结果;(2) 充填物受开挖扰动影响比围岩更明显,变形量比围岩大20%～25%,应力释放率比围岩高30%;水压加载阶段,水头高度升高到6.0 m时,充填物位移突增50%,渗压下降速率达0.6 kPa/min,达到失稳临界状态;(3) 岩溶管道突水受其发育形态影响比较明显,其弯曲角度较大的部位是阻碍上部水和充填物突出的主要屏障;(4) 充填型岩溶管道渗透失稳突水的灾变演化过程经历四个阶段：形成离散的微小裂隙、裂隙连通形成导水通道、在渗流作用下导水通道扩展延伸、导水通道贯通形成突水路径,其中前两个阶段主要受开挖扰动影响,后两个阶段与高水位高水压的渗流作用密切相关。试验成果对突涌水机制的研究和工程中突涌水灾害的防治具有一定的指导意义。     

隧洞地下水渗流场变化对衬砌受力影响的数值分析

为研究隧洞地下水渗流场变化对衬砌结构受力的影响,通过建立平面应变渗流耦合有限元模型,对隧洞开挖、设置排水管、进行固结灌浆等不同施工工况进行了数值模拟,动态地分析了不同施工措施时的地下水渗流场变化以及相应对衬结构受力的影响。     

降雨条件下的基坑边坡渗流场模拟

在对多孔介质中的饱和-非饱和渗流数学模型简要分析的基础上,对影响渗流有限元计算分析结果的一些参数选取方法进行讨论,如非饱和土的水土特征曲线、水力传导系数及毛细水头等。利用相关程序对降雨条件下的基坑边坡内部渗流场进行模拟,分析地下水位线、坡体饱和度、压力水头及坡体内不同位置处的渗流速度随降雨时间的变化规律。模拟结果与实际情况比较吻合,可为基坑边坡稳定性的分析提供参考依据。