TBM引水隧洞衬砌管片形式研究

管片衬砌是TBM引水隧洞的主要装配构件,其管片形式是决定衬砌结构安全与TBM隧洞推进速度的关键因素。结合某TBM压力引水隧洞,采用不同的管片形式,建立三维数值计算模型,针对常用的矩形管片衬砌与新型平行四边形管片衬砌,对比分析了典型工况（运行期、检修期）下管片衬砌的应力、管片接缝状态与连接螺杆应力等。结果表明,矩形管片衬砌的环向应力沿水流向的分布更均匀且峰值较小;运行期,平行四边形管片衬砌在接缝处的张开位移和螺杆应力分布更均匀且峰值较小;检修期,平行四边形管片间的接触压力与螺杆应力均较大。由于管片接缝位置的张开位移值安全裕度较大,可优先选取整体结构稳定性较高的矩形管片,在满足衬砌应力不超过混凝土设计强度允许值时,可选择施工进度更快的平行四边形管片。研究结果为TBM隧洞衬砌施工提供了指导。     

不同方向地震激励对水工隧洞位移的影响

目前在研究水工隧洞地震响应时只考虑了单向地震激励,忽略了双向地震激励,故不能合理地分析不同方向地震激励对水工隧洞位移的影响。因此,选取合理的材料参数和模型边界条件,应用ANSYS建立了某水工隧洞的三维有限元模型,对单向地震激励和双向地震激励下的水工隧洞进行了位移分析。结果表明,不同方向的地震激励对水工隧洞的水平位移和竖直位移影响不同,水平位移主要受x方向地震激励影响,竖直位移主要受y方向地震激励影响,并根据单向地震激励和双向地震激励存在的相关性,建立了位移数学关系模型。     

深埋有压隧洞平行四边形管片衬砌结构受力特性研究

水荷载是深埋有压隧洞的主要荷载,内水压力或外水压力直接作用在衬砌管片上,管片衬砌的受力特性对于工程安全稳定运行具有重要意义。平行四边形管片作为一种新型管片,在错缝拼装方式下应用具有较大优势,但尚未对其结构受力特性进行研究。依托某市供水隧洞工程实际,建立新型平行四边形管片衬砌的三维有限元数值模型,研究其在运行期和检修期的受力特性。结果表明,运行期内水压力作用下,衬砌各管片单独受力,管片间变形与拉应力不连续,以环向螺栓连接,各接缝开度呈现靠近衬砌内侧小、外侧大的特点;检修期外水压力作用下,衬砌管片受力整体性较好,管片间环向变形与压应力连续,环向螺栓压应力偏小,各接缝压力靠近衬砌内侧较大、外侧较小。同时,根据衬砌与豆砾石间摩擦系数讨论结果可看出,运行期衬砌朝外变形,管片与豆砾石间呈压紧趋势,其受力变形受摩擦系数的影响较为敏感,检修期管片与豆砾石间呈分离趋势,管片受力特征基本不受摩擦系数的影响。     

水工地下隧洞在地震荷载作用下的动力特性分析

应用土与结构动力相互作用理论,基于ANSYS软件建立了围岩-水工地下隧洞结构非线性动力相互作用的有限元分析模型,采用整体有限元分析方法对隧洞衬砌结构进行了地震时程反应的数值分析.分析了衬砌弹模、围岩类别以及地震波频率对洞室位移和应力响应的影响.     

正断层错动下的输水隧洞动力响应分析

长距离调水工程中的输水隧洞通过潜在地震地区时，存在活动断层错动引发的重大工程安全隐患，揭示断层错动对输水隧洞稳定性影响的研究具有非常重要的工程意义。基于围岩、断层破裂带、衬砌和内水的动力相互作用特征，使用ABAQUS有限元分析软件，建立了围岩-断层破裂带-衬砌-内水三维数值模型，深入分析了各种断层错动量、宽度及粘聚力对输水隧洞稳定性的影响。结果表明，处于较小断层错动量、断层宽度及较大断层粘聚力情况下的输水隧洞衬砌结构竖向位移及损伤程度有所减小，结果对跨断层输水隧洞动力响应理论研究有一定的参考价值。     

闸门开度对泄洪排沙隧洞水力特性影响研究

为揭示闸门开度对泄洪排沙隧洞水力特性的影响规律，建立了不同闸门开度下的排沙隧洞二维模型，采用VOF法和标准κ-ε紊流模型对泄洪排沙隧洞易磨蚀断面流场进行三维数值模拟计算，获得了闸门附近的流态、流速、压强等水力特性，并对比分析了不同闸门开度下的水力特性，得到了闸门处至挑坎之前的空化数。结果表明，当闸门小于1/2最大开度运行时，闸门开度越大，隧洞水流流态越平顺，临底流速过渡越平顺，且隧洞底板上下游压力差越小；闸门开度越小，有压洞内流速越小，容易造成泥沙淤积；闸门开度越大，对隧洞整体运行越有利。研究结果对水工隧洞闸门的运行开度优化及闸门底坎抗磨修复具有指导意义。     

隧洞灌浆压力施加方法的有限元模拟

针对隧洞开挖和支护模拟时灌浆压力的施加难度,采用ANSYS有限元法对潘口导流洞三种不同的施加灌浆压力方案进行模拟计算,获得了隧洞在开挖支护并承受灌浆压力后的位移场和应力场分布规律.通过对比分析认为方案3较合理,为隧洞灌浆压力的施加提供了参考.     

李家河水库与李家河隧道的水力联系研究分析

西安-合肥高速公路横穿秦岭段的设计方案为深大隧洞,其设计底部高程为837.14~860.57 m。在该隧洞西侧500~1 000 m处为拟建的李家河水库,其设计高程为880 m。隧洞与水库存在60~80 m的水头差。本文建立了地下水渗流的数学模型,并运用软件进行数值模拟,得到不同方案下水库向隧洞的渗流量,得出水库与隧洞存在着水力联系,但二者的相互影响作用不大,不会因水库渗漏而导致隧洞工程出现大的问题。     

引水隧洞二衬刚度与施作时机优选及系统构建

二次衬砌结构刚度与施作时机优选是隧洞工程中关键问题之一,对于引水隧洞穿越软弱流变围岩洞段则尤为突出。为研究引水隧洞开挖过程中时空效应耦合作用对二衬优选的影响,基于现场围岩和支护结构实测应力变形数据,采用三维粘弹塑性有限元方法,结合开挖和支护设计实际工况考虑二次衬砌施作距掌子面不同距离和不同二衬刚度(厚度),分析了围岩变形、二衬内力及变形的变化规律。结果表明,二衬刚度对二衬时机的优选影响不大,围岩应力的释放及围岩变形为二衬时机优选的关键因素,最后针对设计和施工人员开发了二衬支护结构优选系统。研究成果和优选系统可为类似隧洞工程施工和设计提供参考依据。     

长期运行引水隧洞开裂衬砌受力影响规律与承载特性

衬砌裂缝是引水隧洞中常见的病害之一,衬砌开裂会对隧洞衬砌承载力和安全性造成不同程度的影响。以长期服役的东江水源工程引水隧洞衬砌为研究对象,通过现场检测确定了全洞段裂缝的产状、分布规律和开裂特征。利用ANSYS软件中的软弱薄层单元,建立了开裂衬砌的三维数值模型,得出贯穿型纵向裂缝的位置变化对衬砌结构安全性的影响,系统分析了衬砌的承载特性。结果表明,衬砌开裂条件下,衬砌结构局部开裂区的安全系数降低最为显著,尤其是拱肩位置的裂缝对结构的危害程度远大于边墙、拱顶裂缝;另外,裂缝的产生会对其他未开裂部位的受力特性及稳定性产生影响。数值模拟结果良好地体现了裂损衬砌对隧洞结构的影响规律,与现场检测结果一致,为长期服役下隧洞结构病害防治提供了参考。     

基于ANSYS的核电成层覆盖土场地地震响应分析

针对ANSYS软件中缺少等价线性法本构模型的问题,基于等价线性法的计算理论,通过对ANSYS软件的二次开发,实现了成层土地基的动力等价线性法模型,并将其应用于某核电站土基厂址自由场的非线性动力响应分析中。结果表明,本方法合理、有效。     

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。     

地铁交叉结构近场地震反应振动台试验研究

为探究地铁交叉结构地震响应规律,以常见的双隧道下穿单层车站结构为背景进行地震反应振动台试验,试验模型箱采用柔性箱,结构为微粒混凝土浇筑,并按实例工程配筋率用镀锌钢丝网进行配筋,考虑上下结构密贴、上下结构存在夹层土及单体车站三种工况进行水平方向加载,通过对交叉工况与单体车站结构应变、侧墙土压力及加速度反应分析对比,底部隧道结构的存在对传来的地震波具有吸收作用,使上部车站的地震响应减弱,减幅随夹层土体厚度的增加而减小。     

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。     

钢制安全壳的抗震可靠性计算研究

随着我国工业、民生对电能日益增高的要求,核电站也朝着大功率方向发展,而体积扩大后的钢制安全壳能否抵御强震作用,是我们所关注的焦点。目前,安全壳的抗震分析多基于确定论方法,而实际工程中,结构的尺寸、材料参数等往往具有随机性,并且地震载荷本身就具有复杂的统计性变化。因此,传统的确定论方法难以验证结构的安全性。文章以大功率钢制安全壳为工程背景,基于随机地震动模型建立了有不同发生保证概率的随机地震反应谱,根据我国现行的抗震规范确定了随机地震动模型参数。分别从基于确定性地震强度和基于确定性发生保证概率两方面进行抗震可靠性分析,最终通过蒙特卡洛模拟得到了安全壳的敏感性参数。研究成果可为今后钢制安全壳的抗震可靠性设计提供参考与借鉴。     

云南省昭通柏香林水电站引水隧洞设计

柏香林水电站是昭通洒渔河下游河段梯级的第二级电站,电站装机容量2×2．5万kW,引水隧洞总长8027m,主要介绍引水隧洞衬砌选择、水头损失的设计以及隧洞实施情况,并根据调整情况进行水损复核的结果。     

大断面隧洞上穿既有隧洞结构安全分析

为分析丽水机场沙溪排水隧洞上穿既有玉溪引水隧洞工程可能造成的影响,采用有限元模拟法,综合考虑了大断面隧洞开挖引起的围岩应力重分布和爆破振动影响,研究了新建大断面隧洞自身的围岩受力和变形特征,及新建隧洞开挖、爆破施工引起的既有隧洞衬砌受力变形及动力响应。结果表明,在完成开挖后,新建排水隧洞的最大位移发生在拱顶处,围岩及衬砌结构受力变形满足设计要求;既有隧洞沿竖向发生隆起变形,最大隆起量为6.3mm,横向拱腰处发生向内的水平位移,最大水平位移为0.76mm,最大值均发生在隧洞交叉点处;既有隧洞衬砌结构最大压应力为30MPa,无拉应力,满足衬砌结构抗压和抗拉强度要求;新建隧洞爆破施工导致既有隧洞的最大质点振动速度满足爆破安全规程规定,说明新建大断面隧洞采用分层分块小断面控制爆破施工技术可有效控制爆破施工对临近结构的影响。     

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。     

溪洛渡水电站导流洞衬砌混凝土夏季分期浇筑温控效果分析

针对大断面水工隧洞衬砌混凝土夏季施工很容易出现温度裂缝的问题,以溪洛渡水电站导流洞工程为例,采用ANSYS有限元软件模拟分析了不同温控工况下不同浇筑方式对衬砌混凝土的温控效果,并给出合理的温控方案。结果表明,采用一次浇筑难以满足温控防裂要求,而采用分期浇筑衬砌混凝土体的温度没有明显变化,但可有效降低各代表点最大拉应力,尤其是衬砌混凝土中间点的第一主应力,使衬砌混凝土满足抗裂安全要求。推荐温控方案可满足衬砌混凝土温控防裂要求,且安全富裕不是很大,相对来说也较经济。