关埠引水工程内水压力作用下隧洞管片受力与接缝变形研究

利用有限元软件建立关埠引水工程隧洞管片三维数值模型，系统分析了管片应力、接缝变形及螺栓应力在不同工况下的变化规律。结果表明：内水压力会显著影响隧洞衬砌管片的力学性能，随着内水压力的增大，管片应力、接缝变形及螺栓应力也随之增大，盾构隧洞衬砌管片最大拉应力为3.263 MPa,最大压应力为6.612 MPa、管片接缝变形最大为0.28 mm, TBM隧洞衬砌管片最大拉应力为0.192 MPa,最大压应力为2.952 MPa、管片接缝变形最大为0.08 mm,连接螺栓的应力变化与接缝变形能相互吻合，接缝变形越大，螺栓应力也越大，最大值为604.01 MPa。研究结果可为输水隧洞衬砌结构的设计与分析提供参考。     

对流-导热作用下寒区水工隧洞衬砌热力耦合分析

寒区水工隧洞在通风条件下产生的温度变化会影响衬砌结构力学性能，进而影响水工隧洞的安全运行。以新疆布伦口水电站水工隧洞为依托，基于现场监测数据，采用有限元法对在不同风温、风速下隧洞不同深度处衬砌结构的热学、力学耦合特性进行深入分析。结果表明：不同风温下水工隧洞洞口衬砌温度低于洞内衬砌温度，洞口衬砌温度变化幅度大于洞内衬砌温度变化幅度；随着通风时间增加，一次衬砌与二次衬砌压应力均先减小后增大，最大压应力均位于拱腰处；不同风速下一次衬砌与二次衬砌最大温差为8.40℃,沿水工隧洞轴向与径向距离的增加，温度逐渐升高，风速、风温影响逐渐减小，最大温度拉应力位于拱腰，一次衬砌为0.12 MPa,二次衬砌为0.32 MPa;在不同风温和不同风速下，一次衬砌与二次衬砌位移均呈水平收缩、竖直隆起趋势。研究成果可为寒区水工隧洞衬砌优化设计提供理论参考。     

水温影响下有压水工隧洞结构稳定分析

为解决运行期有压引水隧洞温度荷载和均匀内水压力联合作用下的应力计算问题,采用有限元法分析隧洞运行期水温变化所产生的温度应力对衬砌应力场与应力极值的影响,通过ANSYS Workbench进行有限元分析,计算运行期不同水温影响条件下的应力分布情况,并对比了弹性力学法计算的温度应力极值。计算结果分析表明,在隧洞运行期混凝土水化热基本稳定后,水温为温度应力的主导条件,水温升高会增大衬砌径向拉应力。因此,对于夏季高温地区或高水温地区需调整隧洞衬砌的配筋,以适应水温产生的温度应力对隧洞衬砌结构的影响。     

基于ANSYS对输水隧洞结构的有限元分析

结合某生态引水工程实例,利用ANSYS建立Ⅴ类围岩输水隧洞的二维有限元模型,研究了隧洞在正常运行工况和检修工况下的应变和应力状态。研究结果表明:在两种工况下衬砌结构均表现为竖向位移;隧洞的底部范围内表现为拉应力,隧洞的两侧表现为压应力,且衬砌结构的最大拉应力超过混凝土的抗拉设计强度,最大压应力未超过混凝土的抗压设计强度。     

冬季运行期矩形渡槽温度应力分布规律研究

为研究冬季降温运行期矩形渡槽的温度应力分布变化规律,根据热传导理论及水工渡槽的温度边界条件,建立了北方地区某简支封闭矩形渡槽的有限元模型,并对冬季运行期温度应力分布规律进行分析研究。结果显示:渡槽在冬季降温运行时,沿板壁厚度方向的温度梯度外大内小,内外温差为二次曲线分布;温度应力总体呈现外拉内压的分布状态,各板壁的内外表面在不同时刻出现最大压应力和拉应力,同时板壁最大压应力较最大拉应力具有一定的滞后性;板壁及棱角部位的横向与竖向最大拉应力值超出混凝土抗拉强度设计值。可见在设计矩形渡槽时,必须重视环境温度作用对结构的影响,通过配置温度钢筋、施加横向预应力、棱角部位设置倒角和增加表面保温等措施来减小温度应力,增强结构的安全性和耐久性。     

龙开口碾压混凝土重力坝温度与应力仿真分析

采用有限单元法对龙开口碾压混凝土坝9号泄流中孔坝段施工期和运行期的温度场、应力场进行了全过程仿真分析,应力计算考虑了坝体自重、静水压力、温度荷载、随龄期而变化的混凝土弹性模量、混凝土徐变等因素。仿真结果表明:坝体泄流孔口在施工期形成了3~4 MPa的高拉应力,但运行期后应力减小至2 MPa;坝体上部由于在夏季浇筑温度较高,温降后形成的大温差产生了较高拉应力,但10 a后应力状态改善;大坝除坝踵处出现应力集中外,整体压应力水平小于2 MPa;孔口附近及大坝整体的应力状态是基本安全的。     

基于对流-导热耦合模型的寒区水工隧洞围岩温度-应力耦合分析

为研究不同环境条件下水工隧洞围岩瞬态温度-应力耦合场的分布特性及变化规律,以新疆某寒区水工隧洞为依托,基于M-C本构模型,采用有限元仿真计算,对不同自然通风温度和不同风速下水工隧洞洞口及洞中位置围岩温度-应力耦合场进行系统分析。结果表明,隧洞洞中位置的温度高于洞口,自然通风时洞中位置产生的温差大于洞口位置;由温差产生的温度应力(拉应力)抵消了部分围岩压应力,洞中位置主应力受对流-导热影响大于洞口;通风时间增加,隧洞的塑性应变值及塑性区范围都增加,150 d时塑性应变值在洞口腰拱位置较大,为0.019,塑性区半径约为1倍洞径,厚度约为2.08 m;通风风速增加,隧洞主应力值及塑性应变值都减小,但变化幅度很小;通过150 d有无温度荷载条件对比得出,温度应力在腰拱位置最大,为0.16 MPa。     

重力坝的实测坝踵应力及原因分析

(上接本刊2000年第6期第14页)4.2　重力坝坝踵应力的特点表2～表4分别列出了以上5座坝坝踵垂直应力、顺河向应力及断河向应力概况。一个很明显的印象就是5座坝坝踵应力均具有共同的规律性。表5为5坝坝踵各个测点在施工期和运行期的最大拉应力、最大压应力及蓄水时应力的平均值,可见,坝踵在运行期的应力有下列特点:a.三个方向的应力变幅均较施工期减小,并趋向均匀。施工期应力平均变幅三向分别由2.59MPa,2.27MPa及1.76MPa降至1.46MPa,1.35MPa及1.49MPa。b.垂直向基本上都是压应力,约在-0.8MPa至-2.3MPa之间。顺河向及断河向应力相近,…     

高温引水隧洞应力场分布的研究

研究高温隧洞在温度稳定时,达到热平衡条件下的温度场及其引起的温度应力与隧洞自重应力的耦合分布形式。通过应用弹性力学中无限长圆筒对称温度应力的解析解与有限差分软件对温度场的分析,得出温度场及隧洞径向应力σρ、环向应力σφ和轴向应力σz的分布形式,表明在变温区,径向应力σρ呈先增大后减小趋势,环向应力σφ沿着洞径方向由拉应力变化为压应力,轴向应力σz沿着洞径方向为压应力增大。模拟温度应力与自重应力耦合作用下在隧洞水平边墙和洞室顶部的应力分布规律。表明在两个不同位置处的耦合应力分布明显不同,环向应力σφ在水平边墙处为压应力,且逐渐增大后趋于稳定,而在隧洞顶拱处为拉应力,逐渐变为稳定温度区的压应力。隧洞洞顶拱处的混凝土衬砌在耦合应力作用下处于拉应力状态,在环向拉应力作用下极易产生裂缝。更多还原     

陕西省引汉济渭二期工程引水叉洞施工变形特性研究

在已建引水隧洞旁新建叉洞会引起交叉段围岩和支护结构的应力释放与重分配,使得交叉段附近岩体与支护结构力学行为发生变化,影响已建引水隧洞的安全可靠性。基于引汉济渭二期工程,通过建立黑河引水隧洞与连接洞交叉段三维有限元模型,采用摩尔库伦屈服准则,研究在Ⅲ类围岩条件下,连接洞开挖、引水隧洞正常运行、预留岩塞段开挖及引水隧洞交叉段衬砌拆除等施工过程对引水隧洞位移、应力等影响。结果表明：连接洞前段开挖对引水隧洞的影响变形在0.02 mm以下,影响较小;引水隧洞正常运行时,在距交叉口20 m内范围内,岩塞体最大变形在0.08 mm内,因此预留20 m岩塞可以保证安全;预留岩塞段开挖,交叉口附近15 m范围内衬砌最大下沉变形为0.6 mm,衬砌未出现拉应力,引水隧洞结构安全;交叉段衬砌拆除后,剩余衬砌最大变形小于1.0 mm,引水隧洞衬砌受压,最大压应力在4.0 MPa以内,衬砌结构安全。     

二滩拱坝应力仿真及参数敏感性分析

本文基于已有的二滩拱坝温度荷载和材料参数反馈分析结果，对该坝运行期的应力状态进行了仿真分析。研究发现，坝面最大拉应力与气温密切相关并随季节周期性变化，冬季时下游面左右岸最大主应力分布明显呈不对称分布，左岸基本上以压应力为主，而右岸则出现较大拉应力区，最大值可达到2MPa以上。材料参数和温度荷载敏感性分析表明，冬季时下游坝面右岸出现的较大拉应力是由于大坝右岸基岩蚀变带和右 岸下游坝面温度偏低所共同造成的，但蚀变带弹模的变化对坝体应力的影响是局部的，不致于对大坝的安全运行产生不利影响。     

某引水隧洞格栅支护体力学特性及应用效果研究

为测试“格栅拱架+锚杆+喷混凝土”的初支形式在某软岩隧道的力学特性及应用效果,针对格栅拱架与锚杆应力分布情况及随着隧洞开挖的变化特征进行了研究。结果表明,格栅拱架顶拱中部受约100 MPa的压应力,拱脚压应力不超过50 MPa,两侧边墙2/3高度以下受低于30 MPa的拉应力,2/3高度以上部位受较小压应力。格栅钢筋受力初期快速增加,开挖2～3倍洞径后增加速率相对较缓。锚杆所受的拉/压应力绝大多数在±10 MPa以内,开挖3倍洞径时压应力达到最大,随后压应力逐渐减小,最后转变为拉应力。收敛监测表明,断面两侧边墙变形值最大为65 mm。格栅支护既充分发挥了支护能力,又实现了控制围岩变形的目的。本试验研究结果可为同类型隧道支护设计提供参考。     

白莲河抽水蓄能电站地下厂房围岩稳定性研究

 安全监测是保障大型地下厂房施工期和运行期围岩稳定的重要技术手段,亦可用于反馈设计和指导施工。利用施工期和运行期安全监测成果,分析研究了白莲河抽水蓄能电站地下厂房围岩变形、支护锚杆应力、锚索锚固力、格构梁钢筋应力等的变化过程和相互影响规律,并对地下厂房围岩的稳定性进行了综合评价。结果表明：电站地下厂房围岩最大表面变形15.79 mm,最大锚杆应力150.5 MPa,最大钢筋拉应力63.76 MPa,最大钢筋压应力75.56 MPa,且各项测值已趋于稳定,围岩在经历施工期快速变形和蠕动变形后已经趋于稳定。     

输水隧洞穿越典型断面围岩结构安全分析

复杂地质条件是影响TBM输水隧洞结构安全的重要因素，以某引水工程中输水隧洞为研究对象，理论推导了渗流—应力全耦合作用的数学模型，针对TBM输水隧洞穿越断层和最大埋深段，建立三维有限元模型，计算分析围岩初始地应力场、渗流场，以及不同工况下围岩位移、塑性区和应力的分布规律，研究结果表明：初始地应力和孔隙水压力随着埋深的增加而增大，最大埋深处和断层处初始地应力分别达到1.342MPa、0.680MPa,孔隙水压力分别达到0.260MPa、0.200MPa;开挖过程中，断层和最大埋深段隧洞拱顶沉降量基本接近，相对差值仅为0.11%,而拱底抬升量差值较大，达到31.28%;断层处围岩塑性区主要出现在隧洞两侧，最大深度为2.920 m,最大埋深处围岩塑性区主要出现在隧洞拱顶，最大深度为8.627 mm;围岩最大压应力在断层和最大埋深段分别为7.987MPa、6.510MPa;内水压力作用，围岩位移和最大压应力相对于开挖阶段均有一定程度的降低。     

基于ANSYS的输水隧洞围岩及衬砌结构有限元分析

根据某配水工程输水隧洞的实际情况,利用ANSYS对V类围岩隧洞典型支护断面建立二维有限元模型,仿真模拟了初始应力状态、毛洞开挖、毛洞支护等施工过程,并拟定内、外水压力不同工况组合,研究了围岩和衬砌的应力、应变状态。结果表明,隧洞周边围岩拉应力值较小,压应力较大值主要集中在隧洞中部;衬砌变形呈现向下变位的特点,拐角处可能存在应力集中现象,弯矩最大值出现在衬砌中部,衬砌的最大拉应力超过了混凝土的抗拉设计强度,最大压应力未超过抗压设计强度。     

极端天气对于溢流坝段温度与应力影响分析

以某水电站为对象,采用数值模拟的方式,模拟了大坝在常规运行期和极端天气下的温度场和应力场分布。研究表明：在常规运行期中主要是夏季大坝温度应力较大,其中变电洞左侧顶部区域的拉应力最大,达2.64 MPa,超过混凝土抗拉强度。在极端天气影响下,高温和泄水的条件下,此处的拉应力将进一步提高,达2.93 MPa,极易产生裂缝。冬季寒潮对于大坝表面混凝土的温度和应力影响较大,其中反弧段附近的混凝土拉应力从1.6 MPa增至4.0 MPa,超过抗拉强度。因此极端天气加剧了温度变化对于大坝的影响,主要改变大坝表面温度场的分布,形成更大的温度应力,危害结构安全,需得到足够重视。     

水工隧洞素混凝土衬砌的粘钢加固与安全系数提升

为了评价衬砌粘钢加固的效果,以三棵松无压城门洞型隧洞为例,建立粘钢加固前后的三维有限元模型,分析了在隧洞停水检修和运行工况下的衬砌应力、应变和开裂情况和加固前后衬砌的安全系数.结果表明,粘钢加固能有效地限制衬砌两侧边墙和底板的不利变形,抑制混凝土的进一步开裂,帮助承担部分拉应力,衬砌结构的最大拉应力和受拉区域都有减小;...     

进水塔蓄水期温度场及温度应力ANSYS分析

结合某水库进水塔两种蓄水方案,应用参数化设计语言APDL对ANSYS进行了二次开发,完成了其蓄水期温度场和温度应力的仿真分析。分析表明:两种方案温度应力均小于混凝土极限拉应力。方案一蓄水期最高温度为27.953℃,最大温度应力为1.91 MPa,均大于方案二,方案二更有利于结构整体安全运行。     

堆石混凝土拱坝温度应力仿真及温控措施研究

为了研究堆石混凝土拱坝在有无温控措施条件下施工期和运行期温度应力分布的变化规律,围绕国内某一即将开工建设的堆石混凝土拱坝工程,设计了3种不同温控措施条件的工况,运用大型有限元分析软件SAPTIS,对堆石混凝土拱坝在不同工况下施工期和运行期的应力场和温度场进行了仿真分析,结果显示:在无温控措施条件下,坝体内部最大横河向拉应力达到2. 0MPa,存在开裂风险;在简易温控措施条件下,坝体内部最高温度为37℃,最大横河向拉应力为1. 45 MPa,满足温控防裂要求。由此可见,在堆石混凝土拱坝施工过程中,采用简单的温控措施即可满足温控防裂要求。     

某分洪隧洞工程下穿高速公路交通隧道结构安全分析

新建某分洪隧洞工程下穿既有高速公路交通隧道,分洪隧洞与交通隧道结构物之间的最小距离为23.50 m。为评估分洪隧洞施工对交通隧道的安全影响,通过建立有限元模型,进行隧洞开挖静力有限元分析。分析结果表明,隧洞围岩变形量较小,采用台阶式开挖法,可以显著控制隧洞围岩变形,阮家洋溪分洪隧洞衬砌和围岩安全稳定,分洪隧洞开挖对交通隧道变形影响微小,不影响交通隧道结构安全。交通隧道锚杆轴力、衬砌最大拉应力和最大压应力、围岩最大拉应力和压应力等均小于其材料强度,并具有较大的安全余度。