内水外渗作用下有压管道衬砌渗透损伤耦合分析

为研究内水外渗作用下有压管道混凝土衬砌渗透损伤规律,基于弹塑性损伤有限元理论,建立了损伤度与渗透率的匹配关系,采用增量变塑性损伤刚度迭代方法,模拟了水工隧洞充水运行过程中,混凝土衬砌在渗流-损伤-应力耦合作用下的损伤过程,并对衬砌与围岩的承载比例及受力变形特征进行了分析。工程应用结果表明,混凝土衬砌损伤系数沿衬砌厚度由内而外线性减小,损伤开裂减小了衬砌的水力梯度,改善了衬砌的受力条件;洞周锚杆系统发挥自身刚度作用加固围岩,且承担内水外渗的体积荷载,提高了衬砌和围岩联合承载能力;固结灌浆对提高围岩承担内水荷载及防渗能力起主要作用。     

新疆下坂地水利枢纽工程引水发电洞衬砌结构设计与优化

依照现行规范,隧洞Ⅱ、Ⅲ类围岩段根据实际情况可采用锚喷支护作为永久支护型式。通过对新疆下坂地水利枢纽工程引水发电洞不同围岩段地质条件进行具体分析,提出隧洞衬砌型式的优化方案。该方案现在已经实施。降低了投资,缩短了工期,为业主赢得了经济效益和时间效益。     

COCA CODO SINCLAIR水电站TBM1卡机事故剖析与处理

TBM尤其是双护盾TBM对地质条件适应性差,在遇到较大的断层破碎带时掘进将面临较大困难。在对COCA CODO SINCLAIR水电站TBM1卡机事故现场的详细调查基础上,结合岩体物理力学性质、地应力测试结果、超前钻探资料及结构构造发育特征,探明断层影响范围,建立卡机段工程地质模型,发现围岩极破碎,软硬相间,地应力大,空间分布不均,围岩局部大变形是发生盾体被卡的主要原因,而隧洞施工对围岩扰动,加剧相对隔水层破坏,最终导致突泥涌水。据此,决定拆除掌子面后方27m处部分管片,人工开挖清渣洞清除、加固松散岩体,增设排水洞超前探放水,并通过清渣洞绕至刀盘前方对断层破碎带影响区域的主洞顶拱扩挖加固,最终使TBM1成功脱困并顺利穿越断层破碎带。     

大板水库大坝防渗加固措施及其效果评价

针对大板水库大坝防渗效果较差问题,提出了坝体混凝土防渗墙+坝基帷幕灌浆的防渗加固方案及高压旋喷墙+压力充填灌浆的质量缺陷补强措施,并对大坝防渗加固前、后进行了有限元渗流分析。实际运行结果表明,加固及其补强措施总体效果显著。     

盘道岭隧洞加固处理期监测设计及仪器埋设

盘道岭隧洞是我国已建的最长的软岩无压引水隧洞，隧洞洞身穿过地段地质条件复杂多变，由于种种原因造成二次衬砌开裂，在加固处理二次衬砌裂缝时，要求通过监测手段来定量评价加固处理效果及判明洞身围岩稳定状态。论述了加固处理中监测内容的确定、设备选型及其特性、观测设备的总体布置原则，同时提出了各主要仪器的埋设方法，说明了主要监测成果及结论。     

渭河下游堤防劈裂灌浆试验效果评析

就劈裂灌浆应用于渭河下游堤防的防渗加固进行了试验分析,评价了其防渗效果.     

大型导流隧洞衬砌结构与围岩稳定研究

导流隧洞广泛应用于工程建设中,钢筋混凝土衬砌支护也是目前导流隧洞的主要支护方式。采用非线性有限元分析方法,对某水电站导流隧洞洞身特征断面进行了计算,并引入了点点接触单元,对在内水作用下围岩和钢筋混凝土衬砌之间存在初始缝隙时的联合承载特性进行了分析;引入了接缝单元,对围岩与钢筋混凝土衬砌接触部分在外水作用下的工作特性进行模拟,分析了衬砌与围岩接触面强度对衬砌应力的影响,研究结果对其他导流隧洞衬砌结构设计和施工具有一定的指导意义。     

粉砂质泥岩浅埋偏压隧道洞口段大变形机理及治理措施

针对大凉山^#2公路隧道粉砂质泥岩洞口段出现的局部大变形、坍塌、侵限等问题，通过现场监测、室内围岩膨胀性试验、三维数值模拟和理论分析，研究了初期支护大变形机理，探讨了雨水、围岩二次变形、洞口偏压等因素对大变形的影响规律，提出并采用洞外与洞内加固整治方案。结果表明，隧道上方地表粘土岩属于膨胀岩，粉砂质泥岩为非膨胀岩，隧道变形受围岩膨胀作用有限；受持续降雨影响，拱顶沉降量变化最为明显，沉降量相比降雨前增加150 mm;隧道深埋侧水平压力理论值为浅埋侧水平压力1.73倍，隧道结构承受明显偏压荷载；采用加强临时支护+大管棚超前支护+双层小导管注浆加固+洞顶明暗交界处增加抗滑桩+洞口段左洞左侧和左右洞中间各增加两排管桩的综合治理方案，隧道变形量减小87%,初支大变形得到有效控制。     

管棚超前支护技术参数设计取值及应用效果

管棚超前支护技术在解决软弱围岩隧洞塌方和冒顶等问题方面的应用越来越广泛,目前针对管棚的研究主要集中在其承载作用和加固作用方面,而关于管棚设计参数合理取值的研究尚缺乏。对此,通过理论分析、结合相关规范、文献及工程经验,进行管棚设计参数合理取值并分析其应用效果,提出了管棚设计相关技术参数合理取值的方法,并将其应用于隧洞工程实例,检验了管棚支护效果及其实用性。研究成果可为软弱围岩隧洞的管棚超前支护设计提供参考和借鉴。     

溪洛渡水电站地下厂房帷幕灌浆项目管理

地下厂房防渗排水工程的关键是帷幕灌浆工程,因此做好帷幕灌浆工程管理,保证灌浆施工质量对地下厂区的防渗极为重要。针对目前水电建设市场现状,提出了统一灌浆自动记录仪、大力推行第三方质量检查和建立灌浆工程奖惩机制等灌浆工程项目管理措施,地下厂房左、右岸帷幕灌浆施工质量总体良好,各条廊道渗水总量远小于设计标准,但由于设计、地质及施工等多方面原因,部分施工支洞、灌排廊道局部排水孔渗水较大,实施灌排廊道补强灌浆和压力管道下弯段混凝土化学灌浆封堵后,使渗水情况得以解决,研究结果对相关工程有重要参考价值。     

深埋节理岩体隧洞开挖与支护的3DEC模拟

针对埋深大、结构面复杂的隧洞稳定性及支护效果,应用离散元法对建立的节理岩体隧洞模型分别模拟隧洞开挖与支护后的隧洞围岩应力及位移变化。结果表明,隧洞开挖后围岩变形稍大,并需考虑地下水对隧洞围岩的影响,需对隧洞进行支护处理;支护后的隧洞围岩位移变形减小,围岩稳定性得到增强。     

基于流固耦合的高压混凝土隧洞衬砌结构配筋研究及应用

当采用面力理论计算新疆阿尔塔什水利枢纽工程的发电引水隧洞的配筋量时,衬砌含筋量巨大,与实际情况不符合。对此,采用岩体弹塑性渗流—应力—损伤耦合模型,将动态变化的体积力施加于整个模型,得出混凝土衬砌应变情况,根据衬砌应力按照现行规范进行限裂配筋。计算得出了围岩、衬砌的渗流场、应力场和相应的水力梯度以及最高外渗水头。结果表明,考虑流固耦合下的高压隧洞衬砌应力小于面力理论计算的成果,且前者计算出的混凝土衬砌配筋量远小于后者的计算结果。研究成果可为类似隧洞设计提供参考。     

压力隧洞钢筋混凝土衬砌开裂数值模拟研究

立足于直接求解压力隧洞设计所关注的衬砌裂缝条数和裂缝宽度,同时考虑混凝土衬砌的开裂、钢筋的作用、钢筋与混凝土间的粘结滑移以及围岩的作用,建立了压力隧洞钢筋混凝土衬砌开裂的数值模型,并编制了相应的计算程序。采用该计算程序对压力隧洞钢筋混凝土衬砌开裂问题进行数值模拟研究,分析了钢筋量、围岩条件对裂缝条数和裂缝宽度的影响,并着重与现行规范进行对比分析。结果表明,所建模型能反映压力隧洞钢筋混凝土衬砌作为地下结构的受力特性;围岩条件对裂缝条数和宽度均有明显影响;压力隧洞钢筋混凝土衬砌限裂的关键在于改善围岩条件,不宜盲目加大钢筋量。该研究结果对压力隧洞工程实践具有一定的指导价值。     

考虑流固耦合效应的水下隧道开挖工序模拟

采用FLAC3D数值方法并考虑流固耦合效应对静水平面17 m下隧道施工进行数值模拟,比较分析了不同工法开挖的围岩渗流、位移、应力及塑性区的变化。计算结果表明,CD法需注重隧道拱部预注浆堵水加固,台阶法需加强全断面预注浆堵水加固;考虑流固耦合影响后,隧洞围岩压力相对减小30%;且不同工法开挖〖JP2〗情况下,流固耦合效应对隧道支护结构的扁平效应影响不同;拱顶与拱脚是水下隧道施工应重点关注的部位。     

透水理论在新疆某高压隧洞混凝土衬砌结构设计中的应用

鉴于在高水头作用下,采用面力理论设计高压混凝土衬砌结构时存在衬砌厚度过大、含筋率超标严重的问题,以体积力的形式将内水压力施加于混凝土衬砌和围岩,通过建立透水衬砌理论数值计算模型,分析混凝土衬砌的应力应变关系,并按照规范进行限裂配筋。将该方法应用于新疆某水电站发电洞衬砌设计中,并与面力理论的计算结果进行对比,发现采用透水衬砌理论设计高压隧洞的混凝土的配筋量明显减小,降低了工程投入成本。     

深埋软岩隧道开挖及支护变形特征研究

针对滇中引水工程中磨盘山隧道的深埋软岩段,利用ANSYS建立三维数值模型,通过FLAC~(3D)进行计算,研究了深埋软岩隧道开挖及支护后围岩的变形和破坏特征。结果表明,围岩强度和隧道埋深是影响隧道变形破坏的重要因素。隧道开挖后,应力重分布,隧道前段围岩强度较小,变形总位移、塑性区范围大于后段,在拱腰两侧对称形成两个应力集中区。隧道支护后,有效限制了隧道变形的继续发展,各部位总位移值减小,塑性区范围也得到抑制,拱腰两侧应力集中区向洞壁靠拢,应力分布也变得均匀。     

白鹤滩水电站岩壁吊车梁补强加固措施及稳定性分析

受复杂地质条件和高地应力的影响,白鹤滩水电站右岸地下厂房下游侧岩壁吊车梁开挖成型较差,岩台缺失率较高。为此,根据其实际开挖成型情况,提出两种补强加固措施,并采用有限元法对补强加固措施进行复核计算,验证补强加固设计的合理性。基于原型观测成果,分析岩壁吊车梁锚杆、岩壁吊车梁与岩壁结合面情况和岩壁围岩变形情况,对补强加固措施进行安全稳定性分析。结果表明,岩壁吊车梁锚杆应力未超过设计值,安全系数在合理范围内;岩梁与岩壁结合面开合度最大值分别为0.17、0.12mm,岩梁、附壁墙与岩壁基本呈压应力;岩壁围岩变形基本趋于稳定;荷载试验期间,各监测数据增量都较小。可见岩壁吊车梁补强加固措施设计安全合理。     

欠挖条件下导流隧洞衬砌结构应力应变分析

针对功果桥水电站导流隧洞欠挖情况,根据进口段欠挖典型断面建立了数值仿真分析模型,比较了不同欠挖程度下衬砌结构的受力特征,分析了衬砌和围岩间粘结强度对衬砌结构的影响,并采用内力法对衬砌内的配筋进行了复核。结果表明,随欠挖程度的增加,衬砌实际厚度减小;在外水压力作用下,衬砌变形逐渐增大,应力也随之增加,衬砌安全度逐渐减小;在衬砌与围岩间粘结强度为0.4MPa,且欠挖深度在衬砌厚度的40%(欠挖92cm)及其以上时,衬砌结构的安全将得不到保证;同时衬砌与围岩间粘结强度对边墙和底板的变形和应力影响较大,而对顶拱位置影响较小。     

考虑围岩稳定性评价的引水隧洞施工过程仿真系统

根据施工过程中的围岩稳定情况确定出合理的施工进尺并实时可视化评价结构安全状况具有重要的工程意义。首先利用BIM建模软件建立三维基础模型,通过对建模软件进行二次开发并结合系统仿真原理得到引水隧洞施工进度;其次将几何模型转换为数值计算模型并建立进度数据库与引水隧洞数值模型之间的映射关系,通过有限元分析围压系统的安全状况,根据不同进尺下的进度计算及围岩稳定分析结果,合理选择施工进尺;最后基于Python+VB.net混合编程技术编制了引水隧洞施工进度与围岩稳定安全仿真系统。工程应用表明,该系统将隧洞施工进度、支护体系与围岩稳定性进行结合,可为合理制定施工计划及施工现场控制提供可视化技术及数据支持。