高压水工隧洞钢筋混凝土衬砌裂缝开度计算方法评析

针对在复杂工作条件下的高压水工隧洞衬砌裂缝宽度的计算问题,基于国内外现有主要裂缝计算方法理论基础,通过研究内水压力、隧洞半径、衬砌厚度、保护层厚度、围岩抗力、混凝土抗拉强度以及衬砌配筋率等参数对衬砌裂缝开裂特性和扩展规律的影响,结合某抽水蓄能电站高压水工隧洞工程案例,开展各裂缝计算方法的综合评析。结果表明:(1)对高压水工隧洞衬砌而言,衬砌裂缝宽度主要受内水压力、围岩抗力和钢筋应力参数的影响,其中内水压力的影响最为显著;(2)由于裂缝开展规律不同,基于一般混凝土构件建立的裂缝计算方法不适用于高压水工隧洞,并且计算结果明显与实际情况差别较大;(3)弹性地基梁方法对高压水工隧洞衬砌裂缝宽度计算较为合适。     

非圆形压力隧洞考虑支护滞后过程的应力与位移解析解

基于平面弹性复变函数中的保角变换方法,考虑衬砌的支护滞后效应,并认为衬砌与围岩完全接触,提出了带有衬砌的非圆形水工隧洞在原始地应力和内水压力共同作用下的应力与位移解析解,且求解过程中采用幂级数法简化计算。以马蹄形隧洞为例,用ANSYS进行数值计算,并与解析解进行对比验证;计算隧洞围岩开挖边界和衬砌内外边界的切向正应力以及围岩与衬砌之间的接触应力;讨论在不同侧压力系数、位移释放系数和内水压力下围岩与衬砌的应力分布规律。结果显示:解析解与数值解吻合较好;位移释放系数和内水压力对衬砌及围岩的应力分布影响显著,当位移释放系数和内水压力较大时,在衬砌内边界将出现拉应力区。研究结果为非圆形水工隧洞的围岩与衬砌的应力与位移分析提供了可行方法。     

基于数值模拟的围岩和衬砌协调分析方法研究

针对水工隧洞衬砌结构传统设计方法的局限性,提出了基于数值模拟手段的围岩和衬砌结构协调分析的方法,重点研究了组合式支护结构的模拟方法、混凝土和钢管衬砌的设计与验算及荷载的作用机制及其模拟.工程应用结果表明,该方法实用、可靠,为复杂条件下水工隧洞衬砌结构设计提供参考.     

我国水工地下结构建设的理论与实践

建国５０年来，我国水工地下结构建设的理论与实践均有新的发展，仅在水利水电工程中已建成水工隧洞的长度超过５００ｋｍ，水电站的地下厂房达１００座。在地下工程的设计和施工技术方面进行了大量研究，并提出了许多新的见解和理论，如水工隧洞应务分析的增量渗流荷载理论，衬砌外水压力、有压隧洞混凝土及钢筋混凝奶裂设计、在大断面混凝衬砌分岔洞、预应力混凝土衬砌、高流速水工隧洞、围岩高压固结灌浆以及地下厂房设计与施工新     

水工压力隧洞灌浆式预应力衬砌弹塑性应力分析

采用岩石力学中应用广泛的莫尔——库仑屈服条件，对水工压力隧洞灌浆式预应力衬砌进行了系统分析，给出了水工压力隧洞围岩分别处于弹性状态与弹塑性状态下的围岩、衬砌应力解析计算式．     

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.     

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。     

高温热害水工隧洞支护结构受力分析数值模拟研究

为得到高温热害水工隧洞支护结构的受力机理,以新疆某引水隧洞为例,通过理论计算并使用ANSYS建立热-固耦合模型,对高温热害隧洞支护结构的受力特征进行了计算和分析。结果表明:在围岩与混凝土间设置隔热层能显著改善一期混凝土衬砌的受力情况,衬砌平均应力减小约46%,对二期混凝土无明显影响;隔热层会使支护结构的平均位移增大约14%;隔热层能显著提高一、二期混凝土的安全系数,其均值>1。对隧洞进行喷锚支护并对二期混凝土进行配筋后,隔热层+一期混凝土+二期钢筋混凝土组成的支护结构可以满足工程安全性的要求,可应用于实际工程中。     

涔天河水库扩建工程2~#泄洪洞衬砌结构设计简介

涔天河水库扩建工程2#泄洪洞洞身尺寸12m×12.5m,施工期根据该隧洞地质条件、变形观测成果,确定隧洞临时支护设计参数。混凝土衬砌结构设计时根据隧洞地质条件及排水措施,对围岩压力、外水压力等荷载合理取值进行分析,采用传统结构力学方法对混凝土的衬砌厚度及配筋进行计算分析,进行不同衬砌厚度及配筋组合计算,选取较为经济合理的衬砌厚度和配筋组合。     

水工隧洞封堵期衬砌结构有限元计算

水工隧洞在封堵期外水水头较高,混凝土衬砌结构在高外水作用下将产生较大的变形和应力,外水水头是控制水工隧洞建设、运行及检修过程中结构安全稳定的重要因素。本文采用有限元计算软件,对两河口水电站导流洞封堵期D3型衬砌结构进行计算分析,分析封堵期高外水水头作用下衬砌变形、应力状态及周边锚杆轴力是否满足规范要求,以指导衬砌结构及围岩灌浆加固范围设计和施工。     

水工建筑物之隧洞

正在水利枢纽中为满足泄洪、灌溉、发电等各项任务在岩层中开凿而成的建筑物称为水工隧洞。一、水工隧洞的特点水工隧洞的结构特性及工作条件,决定了它有以下三方面的特点。1.结构特点隧洞是位于岩层中的地下建筑物,与周围岩层密切相关。在岩层中开挖隧洞后,破坏了原有的平衡状态,引起洞孔附近应力重新分布,岩体产生新的变形,严重的会导致岩石崩塌。因此,隧洞中常需要临时性支护和永久性衬砌,以承受围岩压力。围岩除了产生作用在衬砌上的围岩压力以外     

水工压力隧洞结构设计问题探讨

地下隧洞设计计算的难点在于混凝土结构和周围岩石的非线性特性和岩石地质物理力学参数的不确定性,配筋设计中裂缝开裂判断和裂缝宽度的计算,以及各种复杂因素的相互影响。试图直接用弹性理论力学的方法去解决水工隧洞衬砌结构的问题是难以成功的,文章主要分析水工隧洞结构布置及其施工方法。     

引汉济渭工程黄三段输水隧洞围岩变形与压力分析

以分析深埋长隧洞围岩应力和应变为目标,考虑隧洞施工方式,围岩支护形式等因素,通过数值计算,动态模拟隧洞施工过程,获取了黄三段输水隧洞初期支护后的围岩变形情况以及围岩与衬砌相互作用关系。计算结果显示:采用设计的初期支护形式,可有效控制不良洞段的围岩变形,Ⅳ、Ⅴ类围岩最大收敛变形满足规范设计要求。Ⅳ、Ⅴ类围岩与衬砌间的相互作用力随衬砌浇筑时距掌子面距离的增加而降低,但在距掌子面约4倍洞径后降幅微小。通过对比分析经验方法与数值方法所确定围岩压力成果,确定了衬砌结构设计所需的围岩压力指标,为黄三段输水隧洞设计提供了依据,分析方法可为相似工程提供参考。     

水工隧洞衬砌混凝土温控防裂技术研究

水工隧洞衬砌混凝土受到压力和裂缝间距的不确定因素影响,导致裂纹的可控性不好,因此构建一种基于裂缝形成、分布、裂缝宽度和间距联合估计的水工隧洞衬砌混凝土温控防裂技术。基于水工隧洞衬砌混凝土裂缝的开裂位置以及开裂宽度估计,采用预应力检测方法,建立水工隧洞衬砌混凝土温控裂纹估计模型,通过变形、扭转进行形状分析,考虑配筋量、衬砌曲率、内水压力的影响,根据施工进度、温度应力、地质条件、混凝土性能多维参数分析,实现水工隧洞衬砌混凝土的裂缝宽度和间距联合估计,实现混凝土温控防裂。实验结果表明,该方法应用在水工隧洞衬砌混凝土温控防裂中,能准确确定初裂间距,水工隧洞衬砌裂缝宽度计算结果准确,计算负载较低。     

水工压力隧洞粘着式锚喷衬砌和围岩应力的弹塑性解

本文根据岩体变形试验结果,采用塑性理论软化流动模形,建立了水工压力隧洞粘着式锚喷衬砌和围岩应力的弹塑性计算方法,给出了锚喷衬砌与围岩应力,位移计算式,所获结果可供软弱岩石锚喷衬砌设计参考。     

浅谈水工隧洞设计方法

水工隧洞结构受力情况复杂,采用有限元设计方法,可以真实的模拟隧洞衬砌结构受力情况,适当增大锚杆数量及挂网喷混凝土厚度,使支护结构更加合理。     

抽水蓄能电站钢筋混凝土管道衬砌配筋计算研究

结合某抽水蓄能电站的工程实例,根据传统解析法和弹性有限元方法计算引水隧洞衬砌配筋情况,并在此基础上考虑混凝土开裂特征,进行衬砌混凝土非线性有限元计算,并以最大裂缝宽度为控制标准优化了衬砌配筋率。计算结果表明:结合混凝土开裂特征的非线性有限元计算,可以充分考虑衬砌与围岩间的联合承载能力,能够较为真实地模拟混凝土开裂后传递径向压力的能力,计算结果更符合工程实际;引水隧洞结构安全的关键在围岩,提高围岩变形模量将有效降低衬砌钢筋应力与混凝土裂缝宽度,而提高衬砌结构配筋率的效果不明显。     

水工隧洞防渗排水措施探讨

水工隧洞是以输水为目的,有别于其他铁路、公路、矿山等隧道工程,水工隧洞二次衬砌混凝土除作为围岩压力的承载结构外,还起着承担着过水流内压的重要作用,特别在高水头有压隧洞中,二次衬砌混凝土防止内水外渗的作用更为重要。从水工隧洞渗漏水现状和渗漏水对水工隧洞危害出发,结合辽宁某工程实际,简要探讨水工隧洞防渗排水措施,可供其他工程参考。     

考虑钢筋滑移效应的高压隧洞衬砌配筋计算方法

在高压水工隧洞混凝土衬砌限裂配筋计算中,为获得满足限裂要求又经济合理的配筋方案,基于三维损伤有限元,采用钢筋混凝土组合力学模式,引入混凝土弹性损伤模型,建立考虑钢筋滑移效应的应力迭代计算方法,根据水工隧洞衬砌限裂设计原则确定配筋计算流程。将此方法应用于鲁地拉水电站引水隧洞的配筋计算表明,钢筋应力及配筋面积与实际较为吻合。     

基于均匀设计-响应面-有限元法的软岩隧洞围岩与衬砌结构协同承载可靠性分析

软岩隧洞围岩力学特性和衬砌结构受力皆具有显著的随机性、未确知性等不确定性,基于确定性分析的结构安全设计方法往往难以全面合理地反映软岩隧洞工程的复杂性;传统的可靠度计算理论则对于由围岩和支护系统构成的地下结构真实的功能函数无法从理论上给出显式表达,从而制约了可靠度计算理论在隧洞工程中的应用。在以数理统计方法为核心的可靠度计算理论基础上,结合均匀设计方法、响应面法和有限元数值模拟方法,借助于《水工隧洞设计规范》(SL 279—2016)中衬砌结构的承载力极限状态函数,构建了围岩和衬砌结构协同承载的荷载效应响应面显式表达式,由此提出了一种软岩隧洞围岩和衬砌结构协同承载的可靠性评价方法。采用该方法分析了影响联合承载特性的单因素随机变量,辨识了影响围岩和衬砌结构协同承载可靠性的主要因素,最后将该方法应用到具体工程中进行检验。通过与传统可靠度计算方法进行对比可知,该方法满足了精度,简化了流程,提高了效率,表明其具有很好的适应性和可行性。