有压隧洞衬砌与围岩相互作用数值模拟分析

通过建立有限元计算模型,运用荷载分级、变刚度迭代非线性有限元法,系统研究了有压隧洞衬砌与围岩之间的相互作用．探讨了锚杆支护、衬砌与围岩之间接缝大小和接触角变化对衬砌、围岩承载能力的影响．根据建立的模型,对一隧洞工程进行了三维非线性有限元计算,获得了一些具有工程指导意义的结论．     

有压隧洞衬砌与围岩相互作用数值模拟分析

通过建立有限元计算模型,运用荷载分级、变刚度迭代非线性有限元法,系统研究了有压隧洞衬与围岩之间的相互作用,探讨限锚杆支护、衬砌与围岩之间接缝大小和接触角变化对衬砌、围岩承载能力的影响,根据建立的模型,对一隧洞工程进行了三维非线性有限元计算,获得了一些具有工程指导意义的结论。     

双层隧道衬砌结构静力分析

针对双层隧道衬砌结构，建立了既考虑围岩与结构的相互作用，又能考虑车辆活荷载作用的结构计算模型，采用自编杆系结构有限元计算软件按弹性地基梁法对双层隧道衬砌结构进行了有限元分析，得到了衬砌结构在围岩及车辆活荷载共同工作下的变形情况，以及其内力分布状况，最终给出了衬砌结构的各个横截面的设计内力道。     

地下高压岔管洞室稳定及衬砌损伤开裂分析

根据围岩和混凝土破坏原理，提出了围岩和混凝土损伤开裂的三维非线性有限元计算方法．给出了混凝土衬砌开裂后裂缝宽度的估算公式，并对实际工程进行了分析计算．探讨了高压岔管受力和破坏的一些基本特性．     

地下高压岔管洞室稳定及衬砌损伤开裂分析

根据围岩和混凝土破坏原理，提出了围岩和混凝土损伤开裂的三维非线性有限元计算方法，给出了混凝土衬砌开裂后裂缝宽度的估算公式，并对实际工程进行了分析计算。探讨了高压岔管受力和破坏的一些基本特性。     

基于ANSYS的调压室三维非线性仿真分析

采用ANSYS有限元软件对构皮滩水电站阻抗式调压井的围岩和衬砌结构进行了三维非线性仿真分析.用生死单元模拟开挖过程,解决了反向加载法计算时材料进入塑性区后引起的矛盾,地应力的模拟采用了初始地应力文件分区施加的方法,解决了由于自重在计算过程中带来的位移难以处理的问题,计算中考虑了洞室周围的断层所带来的影响,得到了围岩、调压井衬砌和阻抗板的受力特性,并对衬砌的支撑杆结构进行了优化,得到了合理的支撑杆布置方案.可为同类工程的设计提供参考.     

高压隧洞透水衬砌结构研究

基于水荷载的面力和体力作用理论,建立轴对称计算模型,推导了考虑混凝土开裂特征与围岩开挖松动圈影响的相关计算公式,并编制了对应的计算程序,在此基础上实现了基于通用有限元计算平台的透水衬砌计算仿真分析.计算结果表明:采用体力理论时,钢筋应力和裂缝宽度均明显小于面力理论,围岩承担了绝大部分的水压力,充分体现了围岩是隧洞内水压力承载主体的设计理念,对于隧洞局部围岩条件较差区域仅通过增大钢筋用量不能有效控制隧洞的渗透流量,建议对衬砌外围软弱岩体进行局部置换.     

水工隧洞检修期衬砌与围岩联合承载作用机理

衬砌与围岩是水工隧洞的主要组成部分,外水压力是其承担的主要荷载之一.结合某水电站工程实例,建立其发电引水隧洞的有限元数值分析模型,针对衬砌与围岩有条件联合承载作用特征,对衬砌外围岩变形模量进行折减以反映围岩的作用,并引入具有一定抗拉强度的薄层单元量化反映衬砌与围岩有条件联合承载能力.结果表明:与衬砌完全单独承载外水压力计算结果相比,围岩在承担外水压力中的作用不容忽视,且随着外围岩体变形模量的增加,其所分担的外水压力越大;采用薄层单元量化后,衬砌与围岩的联合承载机理更为明确,薄层单元开裂前,围岩承担外水压力较多,薄层单元开裂后,衬砌承担外水压力较多,因而要确保回填灌浆和固结灌浆质量,以提高衬砌与围岩联合承载能力.     

大朝山水电站尾水岔管设计算参数的敏感性分析

利用三维有限元方法分析计算了大朝山水电站尾水岔管在各种工况下的应力和变形,分析了计算参数围岩弹模和外水压力折减系数的变化对围岩和岔管衬砌应力、变形和截面配筋的影响. 为工程设计和运行管理提供了理论依据     

浅埋暗挖地铁隧道衬砌的力学行为分析

为了了解软弱围岩下的浅埋暗挖隧道的衬砌的力学行为,利用大型的商业有限元程序ANSYS,分析在既有设计方案及支护条件下地方的衬砌的力学行为.本文在建立荷载—结构模型中的主动荷载加被动荷载模型基础上,给出衬砌的内力并验算其承载能力.并为同类地质条件下的隧道设计与计算提供一个可行的参考.     

Rheological properties of surrounding rock in deep hard rock tunnels and its reasonable support form

Second lining stability, which is the last protection in tunnel engineering, is critically important. The rheological properties of the surrounding rock heavily affect second lining stability. In this work, we used laboratory triaxial compressive rheological limestone tests to study nonlinear creep damage characteristics of surrounding rock mass in construction projects. We established a nonlinear creep damage constitutive model for the rock mass, as well as a constitutive model numerical implementation made by programming. Second, we introduced a new foam concrete with higher compression performance and good ductility and studied its mechanical properties through uniaxial and triaxial tests. This concrete was used as the filling material for the reserved deformation layer between the primary support and second lining. Finally, we proposed a high efficiency and accuracy staged optimization method. The minimum reserved deformation layer thickness was established as the optimization goal, and the presence of plastic strain in the second lining after 100 years of surrounding rock creep was used as an evaluation index. Reserved deformation layer thickness optimization analysis reveals no plastic strain in the second lining when the reserved deformation minimum thickness layer is 28.50 cm. The results show that the new foam concrete used as a reserved deformation layer filling material can absorb creep deformation of surrounding rock mass, reduce second lining deformation that leads to plastic strain, and ensure long-term second lining stability.     

地下钢筋混凝土岔管应力分析

结合国内某抽水蓄能电站的钢筋混凝土岔管工程实例,提出了围岩、混凝土等材料的数值模拟方法,通过三维有限元线性和非线性计算,分析研究了地下钢筋混凝土岔管在施工、内压、外压等工况下,围岩、衬砌、钢筋的应力与变形,探讨了岔管受力和破坏的一些基本特性.     

官地水电站右岸施工导流洞进口塌方段衬砌结构安全

塌方是水工隧洞施工过程较为常见的工程事故之一,而顶拱塌方是塌方事故中较难处理的一种.根据官地水电站右岸导流洞进口塌方段回填处理措施,建立最大塌方段的断面计算模型,仿真分析了施工开挖、顶拱塌方段回填和下闸封堵等过程,针对回填混凝土与围岩间的接合状态、衬砌混凝土的抗剪断参数等展开了衬砌结构的安全复核.计算结果表明:回填混凝土与围岩间的粘结强度对衬砌结构受力有重要影响,在顶部回填混凝土与外水压力的共同作用下,衬砌混凝土左右两侧拱座位置是潜在破坏区域,应防止其发生剪断破坏.     

Time-dependent safety of lining structures of circular tunnels in weak rock strata

Following tunnel excavation and lining completion, fractured surrounding rock deforms gradually over time; this results in a time-dependent evolution of the pressure applied to the lining structure by the surrounding rock. Thus, the safety of the tunnel lining in weak strata is strongly correlated with time. In this study, we developed an analytical method for determining the time-dependent pressure in the surrounding rock and lining structure of a circular tunnel under a hydrostatic stress field. Under the proposed method, the stress–strain relationship of the fractured surrounding rock is assumed to conform to that of the Burgers viscoelastic component, and the lining structure is assumed to be an elastomer. Based on these assumptions, the viscoelastic deformation of the surrounding rock, the elastic deformation of the lining structure, and the coordinated deformation between the surrounding rock and lining structure were derived. The proposed analytical method, which employs a time-dependent safety coefficient, was subsequently used to estimate the durability of the lining structure of the Foling Tunnel in China. The derived attenuation curve of the safety coefficient with respect to time can assist engineers in predicting the remaining viable life of the lining structure. Unlike existing analytical methods, the method derived in this study considers the time dependency of the interaction between the surrounding rock and tunnel lining; hence, it is more suitable for the evaluation of lining lifetime.     

地下水工隧洞围岩及钢筋混凝土岔管结构数值分析

随着高山峡谷地区大型水电工程的兴建,深埋地下水工隧洞的围岩稳定和内外水压力作用下衬砌应力变形等成为重点关注问题。从围岩开挖支护、围岩衬砌相互作用和钢筋混凝土有限元模拟等方面建立钢筋混凝土岔管段数值分析模型,以蒲石河抽水蓄能电站尾水岔管为例,分析了围岩的应力、变形问题以及混凝土岔管结构配筋和配筋后应力、裂缝开展等问题。围岩分析计算结果表明：在主、岔洞交叉处会产生拉应力,塑性区开展较深,同时主洞靠近岔洞侧和尾水支洞的两侧岩体塑性区也有较大的开展。岔管结构分析计算结果表明：正常运行工况在内水压力作用下岔管结构大部分区域存在拉应力,裂缝较大;检修工况在外水压力作用下仅在主、岔管交叉处存在拉应力区,裂缝较小。     

压力隧洞仿真模型试验研究

采用仿真模型试验,对某工程压力隧洞普通钢筋混凝土衬砌和围岩系统在内水压力作用下的反映与相互作用机理进行了研究。为该工程压力隧洞衬砌型式的合理选择提供了依据。     

基于三维损伤流变理论下某调压井群围岩时效稳定性研究

拟建的某水电站调压井区域围岩岩性为石英云母片岩,勘探及室内试验发现其岩体属于片理构造发育明显的软岩,具有较典型的横观各向同性流变特征。由于区域地应力水平较高,工程施工期及运行期围岩流变现象可能显著影响岩体稳定性及衬砌结构特性。本文在全面反映区域地质构造、调压井结构形式及地应力场的基础上,建立了三维数值计算模型,同时考虑施工时序及支护衬砌措施,应用根据室内试验及现场监测资料建立的横观各向同性岩体粘弹塑性损伤本构模型,采用FLAC3D软件研究了调压井群施工期和运行期围岩稳定性及衬砌结构安全性。结果表明：施工开挖过程中围岩在流变效应的显著影响下,其变形量随时间有所增加,及时喷锚支护对围岩变形的限制作用显著,开挖完成后500d后围岩位移趋于收敛;开挖完成后围岩整体处于受压状态,施作二次衬砌有利于围岩应力场均匀化重新分布;运行期调压井衬砌变形量值增长速率随时间逐渐减小,其中2年内变形量约占长期（50年）变形量的54%,调压井围岩及衬砌结构运行1年后应力水平基本趋于稳定,运行期内调压井围岩应力水平变化幅度很小。     

小浪底工程高标号隧洞衬砌混凝土温控标准分析

混凝土设计标号采用圆柱坐标差分法 ,对小浪底工程隧洞衬砌混凝土施工期的温度及温度应力进行了分析 ,利用前后时段的温差 ,计算各时段混凝土温度自生应力及混凝土和围岩在接触面径向变位相容的约束应力 ,叠加计算温度弹性应力 ,由当量松弛系数法计算温度徐变应力 .确定了不同混凝土等级、不同衬砌厚度的温控标准和衬砌分段长度 .与实测资料对比 ,计算温度与实测温度接近     

隧道衬砌检测探地雷达图像分析与工程应用

为了提高隧道病害检测人员对于隧道衬砌病害的识别准确度,基于探地雷达工作原理,结合实际工程应用经验,系统研究衬砌厚度、钢筋及钢拱架分布情况、保护层厚度、围岩破碎富水裂隙发育程度、脱空、不密实、雷达脱离等雷达图像特征及其解译原理,形成一种用于隧道衬砌病害检测的高效探地雷达信号解译方法,并结合实际工程案例进行了分析与验证。其中钢筋在图像上呈现月牙形,脱空在图像上呈弧形反射,不密实表现为杂乱波形,天线脱离呈条带状亮反射。解译方法为隧道衬砌检测提供了参考和依据,有利于隧道病害的及时处理及隧道衬砌质量的准确评价,对提高隧道的整体质量起到重要作用。