水工隧洞设计中外水压力的探讨

以黄河公伯峡水电站工程右岸水平旋流消能泄洪洞为例,采用水工隧洞设计规范的外水压力折减系数法和有限元渗流计算法,对作用于水工隧洞衬砌混凝土上的外水压力值和分布进行探讨,以供同行设计时参考。     

水工隧洞外水压力设计分析探讨

水库建成蓄水后 ,因地下水位抬高 ,对地下水工隧洞将作用较大的外水压力。文章针对乌江洪家渡水电站左岸泄洪系统地下洞室的外水压力分析 ,结合部分已建工程的实际经验 ,在大量结构计算的基础上 ,提出了外水压力的设计思路和处理措施     

隧洞外水压力折减系数工程地质研究

《水工隧洞设计规范》（SL279-2002）推荐根据地下水活动状态确定外水压力折减系数,这种方法在水利行业已延续使用了几十年,存在前期勘察阶段使用困难的问题。提出在隧洞工程前期勘察设计阶段可根据岩体渗透性确定外水压力折减系数;施工阶段根据地下水溢出状态确定外水压力折减系数,并对前期成果进行验证和修正。     

隧洞外水压力计算中等效渗透系数研究

文章通过理论分析与数值分析相结合的方法,首先定量分析了折减系数取值规律;然后研究了排水孔对等效渗透系数的影响。对于衬砌外水压力的定量分析有一定参照意义。     

山西引黄工程南干线7# 隧洞衬砌外水压力研究

本文采用综合修正系数取代规范建议的单一折减系数,用渗流场分析方法确定作用在引黄入晋南干线7#隧洞衬砌上的外水压力。由己知钻孔水位及泉水位反演出各地层的渗透张量及地表入渗强度求得初始渗流场。衬砌外水压力分析中考虑了衬砌混凝土的渗透性以及排水、灌浆等工程措施的影响。根据分析结果,提出了系统排水孔布置的建议,得出了在相应的排水减压措施下衬砌厚度由原设计35cm减至25cm,这一建议已被采用,取得了巨大经济效益。     

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.     

隧洞衬砌外水压力的取值方法与应对措施研究

针对隧道衬砌外水压力折减系数选取、衬砌结构选型等问题,在阐述外水压力折减系数含义的基础上,通过对衬砌类型进行系统分类,对不同衬砌型式外水作用规律与外水压力折减系数进行了分析与讨论。其中,全封堵型衬砌折减系数为1,全排型衬砌折减系数为0,而排堵结合型衬砌折减系数则与整个衬砌系统的设计参数有关。同时,指出相应衬砌结构设计中存在的错误认识,并由此引申出隧道工程在外水压力应对处理方面应该关注的主要影响因素。研究成果可为应对外水压力问题的地下隧道衬砌设计提供参考。     

基岩裂隙含水系统与隧洞外水压力的相关性研究

外水压力是深埋隧洞衬砌设计中的重要荷载，且往往难以确定。本文以新疆ABH输水隧洞为例，通过对地下水补径排条件分析，引入基岩裂隙含水系统概念，确定基岩裂隙含水系统，为外水压力折减系数的确定提供必要指导。研究结果表明：浅层基岩含水系统外水压力折减系数最大，深层基岩含水系统次之，超深层基岩含水系统最小。     

隧道设计中外水压力取值的探讨

本文对隧道设计中常用的外水压力计算方法进行了探讨,并给出了算例。文章认为,设置排水设施和地层防渗加固是减小衬砌外水压力及维持地下水系平衡的有效措施。     

多出水口蓄水池的三维数值模拟

本文运用FLUENT软件对不规则蓄水池在3种不同流量下的水流流场进行了数值模拟,得出 不同流量下流场中不同点沿水深方向的流速分布,并将数值计算结果与物理模型实验结果进行比较, 发现两者比较吻合。表明:FLUENT软件模拟不规则蓄水池水流流场是基本可行的。     

富水地区隧洞衬砌开裂的外水 压力原因分析

某无压输水隧洞在富水地区修建,检修时发现混凝土衬砌出现严重裂缝,与围岩之间存在连续脱空。为此,采用三维有限元法,按照渗流场变化历史对隧洞渗流和应力场进行了模拟计算,结果表明,外水压力可能是造成衬砌开裂的原因,并提出了降低衬砌外水压力和拉应力的处理措施建议。现场监测表明本文的计算方案和成果合理。     

复合衬砌外水压力模型试验研究

为详尽研究复合衬砌外水压力的影响规律,采用自行设计的可拆卸式复合衬砌渗流试验装置,通过改变堵水系统的几何参数、渗透特性以及防排水系统能力等,开展了60,80,100 m三种不同远场高水头环境下复合衬砌堵水与排水系统对衬砌上水压力的影响规律研究。研究结果表明：在全封堵情况下,衬砌上水压力无折减现象,而对于具有一定排水能力的衬砌结构,适当增加灌浆层厚度或减小灌浆层的渗透系数可明显降低作用于衬砌上的外水压力。根据试验数据给出了不同排水面积占比时的外水压力折减系数。研究成果可为实际工程中隧道允许排水量的设计提供参考。     

高外水压力下深埋隧洞衬砌与围岩联合承载设计研究

在深埋隧洞的设计中,高外水压力常常成为制约隧洞结构设计的关键因素。本文结合新疆某深埋隧洞工程,秉承衬砌与围岩联合承载的设计理念,考虑固结灌浆对围岩的加固及堵水作用,对比分析了灌浆圈厚度、渗透系数及排水孔深度和布置对外水压力的影响。同时,通过有限元方法模拟固结灌浆圈与衬砌间的接触粘结作用关系,从接触粘结强度的影响机制出发,分析了高外水条件下隧洞衬砌、固结灌浆圈、原状围岩之间的传力性能,得到了不同粘结强度下隧洞支护结构的承载状态,并据此实现了对隧洞衬砌—围岩系统联合承载能力的评价,从而完善和优化了支护设计。     

关坎电站压力钢管的破坏与修复

引水式电站的压力钢管抗外压失稳破坏问题应引起重视,尤其是在压力钢管道放空过程中,应注意控制放空速率和设置相应的补气装置,这类问题在小水电站增效扩容建设中比较多见,应避免类似情况的发生。     

复杂岩溶地区引水隧洞衬砌外水压力研究

衬砌外水压力的合理计算是岩溶地区引水隧洞设计关注的重点,对结构设计参数选取及运行安全影响重大。针对滇中引水工程大理Ⅱ段引水隧洞,采用ABAQUS数值模拟的方法对不同衬砌及注浆圈参数下隧洞衬砌外水压力及渗流场变化规律进行研究分析,以确定合适的设计参数。研究结果表明:衬砌全封堵时外水压力基本可认为等效于该点处的静水压力,一般不能考虑水头折减;增大衬砌渗透系数是降低衬砌外水压力极为有效的措施,但同时对渗流场产生较大影响;减小注浆圈渗透系数或增大其厚度在降低衬砌外水压力的同时可有效减小渗流场扰动,极大缓解排水减压和环境保护之间的矛盾。通过分析不同因素对衬砌外水压力的影响,所得结果可为复杂岩溶地区隧洞工程防排水系统设计提供参考。     

坝体变位和内水压力对坝后背管结构应力的影响

用三维接触单元模拟背管与坝体接触面，分析坝体变形和内水压力对李家峡坝后背管结构应力的影响。坝体变位对背管结构轴向应力的影响表现为上部为拉应力下部为压应力，并且拉应力由背管的上弯段向下弯段逐渐减小，部分轴向拉应力值大于混凝土设计抗拉强度；背管内水压力对背管结构环向应力的影响表现为环向拉应力，并且管腰外缘和管顶内缘混凝土环向拉应力是混凝土设计抗拉强度的2．4倍。根据应力的大小分布可以确定，坝体变形是背管产生较大轴向拉应力的主要因素，是产生环向拉应力的次要因素；内水压力是使背管产生较大环向拉应力的主要因素，是产生轴向拉应力的次要因素。