高海拔寒区隧道主动保温系统加热功率的计算分析

为解决高海拔寒区隧道仅仅依靠保温层还不足以防止隧道洞口段产生冻害的问题,将主动加热系统作为保温层的补充保温措施应用于西藏米拉山隧道。主动加热系统由布设于二次衬砌和保温层之间的电加热带和隧道洞外的太阳能发电系统组成,可用于严寒时期隧道洞口段衬砌的防冻保温。建立考虑隧道衬砌和热源的隧道洞口段围岩传热模型,运用叠加原理得到洞口段围岩温度场解析解。运用反演法来计算洞口段围岩的热物性参数。计算结果表明:在米拉山隧道中,电加热系统的铺设范围建议为0～330 m,其中0～100 m范围的电加热系统的运行功率建议为152 W/m~2,100～200 m范围内的电加热系统功率建议为131 W/m~2,200～330 m范围内的电加热系统功率建议为107 W/m~2,将得到的理论解与试验结果对比,其精度满足工程应用要求。研究成果可为类似高海拔寒区隧道电加热系统的设计与施工提供理论上的指导。     

隧道开挖数值模拟及复合式衬砌安全性分析

隧道的开挖与支护是涉及多个因素的复杂过程,利用ANSYS软件对其进行数值模拟,分析隧道围岩在不同参数的复合式衬砌下的应力、位移变化,以及衬砌体自身的内力状态。运用强度折减法计算出不同工况下隧道围岩稳定安全系数,以研究锚杆对隧道围岩的加固作用和锚杆直径的变化对围岩稳定产生的影响;在二次衬砌受到稳定围岩荷载的条件下,运用数值计算方法计算各种厚度条件下衬砌的安全系数,探讨二次衬砌厚度变化与其所引起的自身内力状态以及自身的安全系数有着怎样的关系。模拟分析取得了较好的效果,可为类似工程实践提供参考与指导。     

地面荷载和衬砌支护作用下浅埋隧道的围岩应力解

为研究地面荷载对有衬砌支护的浅埋隧道围岩应力的影响,在Verruijt研究复杂边界条件下浅埋隧道围岩应力问题的基础上,考虑隧道衬砌支护及地面荷载共同作用对浅埋隧道围岩应力稳定性的影响,求得了浅埋隧道围岩应力解并分析了多个因素对隧道围岩应力场的影响。结果表明:地面荷载越大,隧道腰部环向应力越大、底部环向应力越小;衬砌支护作用越大,隧道腰部环向应力越小、底部环向应力越大。地面荷载和衬砌支护作用不会改变浅埋隧道周边环向应力的分布规律及其受力最不利位置,但会改变其大小及作用方向。开挖过程中隧道拱腰处易出现土体失稳破坏。     

小寨山隧道洞口段塌方成因分析及变形预测

为保证隧道洞口段的施工安全,在小寨山隧道洞口段塌方成因分析的基础上,利用尖点突变理论和PSO-ELM模型评价了隧道洞口段围岩的稳定性现状及其发展趋势;另外,根据洞口段塌方成因,对塌方处理措施进行了系统研究,并综合分析了处理效果,以评价各类处理措施的有效性。小寨山隧道洞口段塌方成因研究表明:洞口段的塌方成因主要是偏压原因和降雨原因,且突变分析过程的突变特征值均<0,得出隧道洞口段围岩处于不稳定状态,加之变形预测结果显示其后期变形仍将持续增加,进而隧道洞口段的稳定性趋于不利方向发展,有必要采取切实措施保证施工安全;同时,塌方处理措施应结合工程实际,先对各施工阶段和步骤进行针对性加固,再调整隧道支护所受的宏观应力状态,保证其受力平衡,且通过塌方处理,小寨山洞口段围岩变形处于可控范围内,验证了各类处理措施的有效性。     

破碎围岩隧道二次衬砌施作时机研究

为确定破碎围岩隧道二次衬砌的最优施作时机,以雅康高速紫石隧道为例,将Hoek-Brown强度准则嵌入Abaqus软件并建立数值计算模型,对该隧道IV级围岩深埋段、V级围岩深埋段和V级围岩浅埋段的隧道初期支护结构以及二次衬砌结构内力进行了数值模拟分析,并对不同围岩位移释放率下施作二次衬砌的安全系数进行了计算。结果表明：IV级围岩深埋段和V级围岩段的初期支护内力的增长在围岩位移释放率分别达到90%和95%后趋于平缓;IV级围岩深埋段二次衬砌最优施作时机是围岩位移释放率达到90%时,而V级围岩深埋段和浅埋段二次衬砌在围岩位移释放率达到95%时施作较优,此时隧道结构内力与安全系数均可满足规范要求。     

Ⅴ级围岩浅埋大跨双洞隧道施工力学行为及安全净距研究

为研究交叉中隔墙法（ＣＲＤ）在浅埋大跨双洞隧道Ⅴ级围岩条件下的适应性,基于ＡＮＳＹＳ有限元软件进行了二次开发,依托将军山隧道建立计算模型,开展了洞室开挖各施工工序下“围岩－支护”系统的动态施工力学行为研究,并对洞口段安全净距做了进一步的探讨。结果表明:隧道各开挖工序下围岩变形均呈突增态势,前四步开挖位移变化较大;洞室围岩应力随着开挖工序的进行在不断调整,最大主压应力总体上呈较高水平;隧道塌落区面积随着开挖工序的不断进行而增大;钢拱架的弯矩随着开挖工序的不断进行而调整;初期支护和二次衬砌在整个施工过程中的安全系数均满足要求。研究成果可为类似隧道工程的设计和施工提供参考。     

隧洞支洞群施工及运行期围岩及衬砌结构应力变形数值分析

采用弹塑性D-P模型对缅甸太平江水电站引水发电洞支洞群稳定性进行了分析,探讨了在开挖及运行工况下围岩稳定性、衬砌混凝土结构的应力变形分布规律以及不同开挖顺序对围岩应力变形影响。结果表明:在施工及运行工况下,围岩稳定,运行工况下现有衬砌结构能够满足要求,不同开挖方案对围岩应力变形影响不大。分析成果为该工程设计及施工提供参考。     

高地温隧洞温度场三维数值模拟分析

在高地温条件下,温度场是影响引水隧洞结构稳定的重要因素。为了研究不同工况下引水隧洞的温度场特性,以新疆布仑口—公格尔水电站高地温引水隧洞为依托,采用有限元仿真模拟的方法建立三维模型,对不同工况下高地温引水隧洞围岩及衬砌结构的稳态温度场特性进行了模拟计算,并取衬砌结构及围岩不同测点的温度场特性值进行对比分析。结果显示:受洞口及掌子面影响,围岩及衬砌温度随洞深增大可分为平缓段和骤升段两个阶段,且呈非线性变化。衬砌腰拱与顶拱内表面温差随洞深增大逐渐减小,且与工况有关,施工期最大值为1.26℃,运行期最大值为0.22℃。从模拟结果与实测结果的对比分析可知,实测与模拟所得围岩温度场分布特性相同。研究成果可为高地温引水隧洞热力耦合分析及其洞室稳定性提供了理论依据,同时也可为高地温区相关工程提供参考。     

超大埋深高地应力软岩隧道衬砌设计研究

围岩初始地应力场是隧道工程稳定与支护结构设计所需要的基本因素之一，在超大埋深高地应力软岩隧道衬砌设计过程中，如何合理确定围岩压力并进行衬砌针对性设计参数是工程师关注的重要问题。以某铁路超大埋深高地应力软岩隧道为研究对象，从理论推导和数值模拟两个方面出发对围岩压力进行研究，即基于卡斯特耐尔拓展公式理论推导确定围岩压力和基于ANSYS有限元分析软件进行三维地应力场模拟，研究了不同地应力水平和预留变形量组合下的围岩压力，并对三维地应力场模拟结果进行分析探讨；通过上述方法确定围岩压力后，建立有限元分析模型对高地应力软岩隧道衬砌参数(以Ⅳ级围岩为例)进行设计，检算衬砌参数可靠性并形成成果，可以为类似工程提供参考。     

锚杆对隧道衬砌工后应力及位移的影响研究

为了研究流变后锚杆对衬砌的应力、位移的控制,采用Ｂｕｒｇｅｒｓ模型的松弛剪切模量Ｐｒｏｎｙ级数 形式,确定其在ＡＢＡＱＵＳ中粘弹性本构输入参数,使用ＡＢＡＱＵＳ对某五心圆隧道进行了不同锚杆支护下 围岩流变后衬砌应力及位移的数值模拟及系统分析。结果表明锚杆支护对衬砌应力增长有明显的控 制,可使衬砌应力比无锚杆支护时减小２４．３１％,但是对位移增长控制并不明显,仅减小１．３０％。在Ｖ级 围岩中,锚杆长度在４ｍ以内时,增大锚杆长度可以有效地改善锚固效果,为考虑岩石流变情况下的围 岩锚固研究提供了参考。     

水平旋流泄洪洞的基本流态与影响因素

通过模型试验,对上下游水位、通气孔直径、水平洞洞长和起旋器收缩断面面积比对水平旋流泄洪洞的流态的影响进行了研究。结果表明,在竖井为有压流的条件下,水平旋流泄洪洞的流态可分为自由流、吸吮流和淹没流3种基本流态,流态的分类与转变受各种因素的影响;通气时,水平旋流洞内旋流的空腔直径大而均匀,水流旋转的强度增大;不同的洞长,流态从吸吮流向淹没流转变时过渡区的相对上下游水位差相同,但洞长越大,吸吮流的范围越大,转变为自由流流态时所需要的起旋器出口的水流弗劳德数也越大;起旋器出口面积比不同时,流态分区的临界水力条件是不同的。     

瀑布沟水电站泄洪洞地震动力分析

采用有限元分析方法，分析计算了地震波作用下瀑布沟电站泄洪洞出口段2—2剖面岩体与衬砌结构的变形、应力及加速度特性，计算表明，地震作用下动破坏区及衬砌内偏压现象均有显著增加。依据其动力破坏区发展深度．提出了抗震加固处理措施。     

围岩类型及衬砌厚度对水工隧洞地震动力响应的影响分析

以分析水工隧洞在地震激励作用下的变形破坏机制为目标,针对不同围岩类型和衬砌厚度条件下水工隧洞位移变化,根据地下结构抗震计算理论,选取合理的材料参数和模型边界条件,使用ANSYS建立了某水工隧洞的三维有限元模型,对其施加水平和竖向地震激励,应用瞬态分析法计算了隧洞结构模型在不同围岩类型和衬砌厚度下的水工隧洞动力响应。结果表明,在相同衬砌厚度下,随着隧洞围岩强度的降低,水平位移和竖向位移受影响的程度有明显的区别,即水平位移越来越大,竖直位移无明显规律可循;在相同的围岩强度下,水工隧洞并不会随着衬砌厚度的增加而趋于稳定,在Ⅲ类围岩的情况下,水工隧洞的位移随着衬砌厚度的增加而越来越大,Ⅴ类围岩下改变衬砌厚度对水工隧洞的位移几乎没有影响。因此,合理的设计围岩类型和衬砌厚度,可以既满足水工隧洞抗震性能要求,又能够降低工程造价。研究结果对合理设计隧洞衬砌厚度、增强抗震性能具有参考价值。     

水工隧洞地震作用计算模型的适用性研究

针对水工隧洞在地震作用下的计算问题,对水工隧洞地震作用计算模型进行了计算对比和适用性研究。分析常用的4种计算模型用于计算水工隧洞地震作用的可行性,通过理论和数值计算确定"径向和切向反力弹簧模型"的计算参数,研究了地震作用下隧洞上方计算土体对隧洞衬砌的作用方式。结合试验验证,该方法和数值计算对比的结果表明:围岩的法向和切向弹性抗力系数受隧洞埋深、围岩类型和衬砌不同部位的影响,随埋深的增加先增大,然后趋于一个定值,围岩条件越好,数值越大,在隧洞两侧部位的数值较大;在地震作用下,隧洞上方计算土体以切向力的方式作用在隧洞衬砌的上半部分,可以通过将隧洞上部计算土体分条后进行计算。该方法可充分考虑地震对隧洞的动力和约束作用,适用于水工隧洞抗震计算。     

抽水蓄能电站下库进/出水口水力特性

为减小仙居抽水蓄能电站下库进/出水口及泄放洞进口围堰施工难度,需对原围堰方案进行调整,并验证其合理性.利用150比尺的水工正态模型,针对下库进/出口及泄放洞布置调整方案,进行了不同运行工况试验研究,分析了调整方案水流流态及水力特性,发现了存在的不利流态,提出前池连接优化方案,论证优化布置方案的合理性,为工程实施及安全运行提供了科学依据.     

地下洞室震害类型及破坏程度影响因素数值分析

通过对世界各国实际震害资料的搜集整理,综合分析得出地下洞室地震破坏形式有山体边坡破坏造成的结构破坏、洞口塌方、洞室横断面错动破坏、沿相交断层产生较大位移、围岩剥落、支护或衬砌扰动或变形等。运用数值模拟技术,分析地下洞室震害程度影响因素。计算结果表明地震烈度越高,洞室越易遭受破坏;圆形洞室动力稳定性较好;建在均匀、坚硬的岩石中的地下洞室不易遭受地震破坏;地下洞室所处区域地应力越大,其位移动力响应值较小;地下洞室衬砌刚度增大在一定程度上将会加大震害程度;洞室出口段容易遭受地震破坏。     

浅谈地面式水电站厂房的抗震构造设计

论述水电站厂房结构进行抗震构造设计的目的和重要性,简要归纳了目前国内进行结构抗震构造设计的方法,并列出在高地震烈度地区某水电站厂房所采用的抗震构造措施,其结果提高了厂房在抵御地震荷栽时的安全储备.因此,地面式水电站厂房的抗震构造设计,应与结构抗震分析计算同样重视.     

哈拉沁水库泄洪洞进水塔静动力分析

利用4—21节点块体单元对哈拉沁水库泄洪洞进水塔进行离散,分析6种工况下进水塔结构的自振特性,并通过反映谱法计算顺水向和垂直水向结构的抗震动力响应,包括结构的动位移和动应力。将动力计算结果与静力计算结果进行叠加,成果显示进水塔的变形和强度均满足要求,为工程设计提供了依据。     

ABAQUS在输水隧洞衬砌结构计算中的应用

为研究输水隧洞在地震荷载作用下结构的受力变形规律,文章采用大型有限元软件ABAQUS,对输水隧洞在设计和地震两种工况下的应力及变形规律进行分析研究,得到以下结果:输水隧洞衬砌结构在两种工况下应力最大值均位于边墙与底板的交接位置,在交接处由于结构突变产生了应力集中,结构位移在底板的跨中位置最大,其次是顶拱位置,在边墙两侧呈对称分布;在地震荷载作用下,隧洞结构应力及变形情况均大于设计工况,在底板、边墙及拱顶交接处产生塑性变形并发生破坏,并向周围扩散,在设计中应在底板、边墙及拱顶交接处采取一定的措施来防止结构破坏。结果表明,有限元ABAQUS在隧洞衬砌结构计算中准确性高,设计成果符合工程实际情况。     

输水隧洞坡角对侧式进/出水口水力特性影响研究

抽水蓄能电站侧式进/出水口具有双向过流的特点,进/出水口自身体型参数对其水力特性具有很大的影响,但连接的输水隧洞布置型式也同样会影响进/出水口水力特性,若输水隧洞布置不恰当,将可能导致进/出水口出现不利的水力特性。利用RSM紊流模型,以某侧式进/出水口为研究对象,在进/出水口体型不变的前提下,研究出流工况不同隧洞坡角对进/出水口内部流态、拦污栅断面流速不均匀系数、水头损失系数及流量分配等水力特性的影响。结果表明,当隧洞坡角等于扩散段垂向扩散角时,进/出水口内部流态较好,反向流速区的沿程范围、拦污栅断面流速不均匀系数及水头损失系数均最小。因此,当进/出水口扩散段垂向扩散角不大且各隧洞坡角均满足地形、地质条件的情况下,隧洞坡角等于扩散段垂向扩散角时,可获得较优的水力特性。