设集中排水的水工压力隧洞含水围岩弹塑性应力分析

本文依据《水工隧洞设计规范SDB4-84》,将外水压力作场力处理,且注意到水荷载有着荷载历史这一特点,系统地讨论了水工压力隧洞含水围岩渗透水压力分布规律,建水了设集中排水的水工压力隧洞衬砌与围岩在施工期和运行期的弹塑性应力分析方法,给出了相应的解析计算公式。     

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。     

裂隙岩体渗流–断裂耦合机制及应用

将断裂力学引入裂隙岩体流固耦合分析,建立裂隙岩体渗流–断裂耦合机制,在 FLAC ^3D 现有计算模块的基础上,通过 FISH 研制了裂隙岩体渗流–断裂耦合分析程序。该模型的耦合机制体现在：渗透水力梯度作为渗透体积力作用于应力计算单元,裂隙渗透压作为面力作用于裂纹张开部分引起断续岩体裂纹的劈裂扩展;岩体裂纹的扩展引起岩体渗透系数的增加导致渗流场的改变。将渗流 – 断裂耦合理论应用于高水头不衬砌压力隧洞工程中,系统地研究高水头不衬砌压力隧洞在运行期间的水力劈裂、渗流场和内水外渗渗漏情况,得到：①处于水力劈裂的高水头压力隧洞周边向外延伸依次为拉剪劈裂区、压剪劈裂区、未劈裂区;②由于渗流体积力作用,高水头压力隧洞内水外渗过程中洞周产生径向向外变形;③高水头压力隧洞内水外渗过程中渗漏率先增加后平稳减少最终稳定。首次提出陡倾地表下不衬砌压力隧洞与裂纹几何特性、力学特性和岩石断裂韧度高度相关的水力劈裂系数的概念 。 建议在水工隧洞设计规范中建立与水力劈裂系数相匹配的安全控制标准,可为我国不衬砌压力隧洞工程的设计提供理论基础。     

高压富水地层水工隧洞衬砌外水压力确定与应对措施

针对高压富水地层外水压力带来的衬砌设计难题及安全稳定问题,整理分析了多个实际工程外水压力监测成果,结合室内模型试验,研究论述了水工隧洞衬砌外水压力与所赋存环境岩体地下水活动状态以及衬砌排水能力间的关系;为解决采用传统复合衬砌可能存在的底板外水压力较大的偏压问题,提出了一种新型复合衬砌结构型式,并从控制渗流量及外水压力角度,对富水地层水工隧洞渗控设计标准进行了探讨。结果表明：水工隧洞衬砌外水压力主要受衬砌排水系统排水能力控制,同时与所赋存环境岩体地下水活动状态相关,依照规范中推荐方法确定外水压力具有明显不足;所提出的新型复合衬砌结构型式,可有效解决由于排水孔降压范围有限、底板外水压力较大导致的偏压问题;建议采用复合衬砌结构的水工无压隧洞允许排放量选择为3.0m3/(m·d),衬砌外水压力不超过0.5MPa,设计中可依据该标准确定排堵水结构相应参数。研究结果可为富水地层水工隧洞外水压力应对措施的选择提供技术支撑。     

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。     

水工隧洞衬砌水压致裂过程的渗流-损伤-应力耦合分析

基于弹性损伤理论和线弹性断裂力学理论,建立水工隧洞衬砌水压致裂过程中的渗流-损伤-应力耦合模型.模型采用增量变弹性损伤刚度有限元迭代法,在内水荷载逐级施加的过程中考虑损伤对于渗流的影响,可以较好地模拟在水工隧洞充水加压过程中,混凝土衬砌在应力场和渗流场耦合情况下的损伤演化及裂纹的产生、扩展的过程.工程算例结果表明:计算结果较为合理地反映高内水压力下水工隧洞衬砌的开裂规律.当水压致裂过程采用耦合模型时,衬砌的损伤演化和开裂对衬砌渗流场的影响不可忽略;由于内水外渗的的影响,衬砌的受力条件在一定程度上得到改善.     

南水北调西线工程深埋长隧洞管片衬砌结构受力分析

地应力和地下水问题对深埋长隧洞衬砌的设计及施工具有重大影响。通过数值计算对南水北调西线工程深埋长隧洞管片衬砌结构进行了受力分析,研究了围岩变形及水压力对管片衬砌结构的影响。初步研究结果表明:约90%的洞段稳定性较好,围岩变形对管片衬砌结构影响较小,可采用管片衬砌;隧洞沿线外水压力较高,是影响衬砌设计的主要因素,应采取适当的排、堵措施降低外水压力对管片衬砌结构的作用。研究结果为南水北调西线一期工程隧洞衬砌设计提供了依据。     

钢模台车混凝土施工质量控制

在水利水电工程施工中,水工隧洞占地下工程建筑大部分,其结构上不仅要考虑围岩压力,而且要考虑内水压力,要求表面光滑平整、糙率低,一般采用混凝土衬砌。隧洞应用钢模台车衬砌混凝土于国外早在20世纪40年代就有应用。其优点是衬砌表面平顺、光洁,能实现混凝土作业的高效、优质、安全,并达到节省人工、材料及减轻劳动强度的目的。本文就隧洞钢模台车施工衬砌混凝土质量控制做总结和探讨。     

考虑岩体变形特性的圆形压力隧洞衬砌应力计算方法

在水工圆形压力隧洞衬砌应力计算中,假定岩体是弹性体,这与岩体变形特性不完全相符。本文根据原位岩体变形试验结果,考虑了岩体弹-塑性变形,按线性强化材料处理,建立了衬砌应力计算方法,给出了岩体产生塑性变形的临界内水压力,并指出了岩体力学参数如何确定。     

深埋隧道衬砌水荷载计算的基本理论

铁路，公路跨越山岭地，越岭隧道方案被大量采用，而深埋隧道的高水压和突，涌水则成为亟待解决的问题。合理设计有外水压力隧道的关键在于：（1）随道围岩渗流场的分析；（2）外水压力作用系数的研究。隧道衬砌的静力计算和围岩压力及水荷载密切相关，在衬砌的设计中，既可以将围岩压力和外水压力分算，也可以考虑二者的耦合作用，进行水－岩合算。根据前人的研究成果，总结和讨论了隧道衬砌水荷载计算中的基本理论。