圆形压力隧洞限裂配筋设计方法研究

为研究圆形压力隧洞衬砌合理的限裂设计方法,采用钢筋混凝土有限单元法对隧洞衬砌的受力特性进行分析,指出隧洞衬砌具有内力值随衬砌开裂区域增加而减小、配筋取决于裂缝宽度的限制要求而非承载力、规范中的裂缝宽度计算公式不适用等特性。通过对厚壁圆筒承载力计算公式的重新推导,指出该方法没有引入裂缝处环向钢筋应变最大值与环向钢筋在整个圆周内平均应变的比值ψ’,使得钢筋面积计算值过小。鉴于隧洞衬砌的受力特性及没有合适的ψ’计算方法,建议取消厚壁圆筒公式,而采用钢筋混凝土有限单元法进行隧洞衬砌的配筋计算。对能由有限元计算直接求得裂缝宽度的衬砌,以裂缝宽度限值要求确定钢筋用量与布置;对不能由有限元计算直接求得裂缝宽度的衬砌,以限制钢筋应力来控制裂缝宽度,即以钢筋应力限值要求确定钢筋用量与布置。最后,通过较多的算例给出隧洞衬砌的钢筋应力限值,当保护层厚度为50mm时钢筋应力限值可取120MPa,当保护层厚度为100mm时钢筋应力限值可取100MPa。     

无衬砌压力隧洞设计方法探讨

由于衬砌水电站压力隧洞费用极高,如果能取消、即使部分取消压力隧洞的钢板衬砌,将能得到极大的经济效益。然而破坏实例分析表明当前采用的设计方法之不足,需要更合理的设计方法.本文对无衬砌压力隧洞破坏机理进行了分析,并提出一套综合设计方案,包括现场勘测,解析解,数值分析及施工过程中的监测.     

衬砌压力隧洞的弹塑性分析

基于岩体应变非线性软化本构模型,考虑中间主应力的影响,对衬砌圆形压力隧洞在等压荷载下进行弹塑性分析,对弹塑性边界位置在村砌范围内和围岩范围内分别进行了讨论,指出根据弹塑性边界位置的不同应采用不同的计算公式,并得到了由隧洞开挖卸荷引起的、围岩开始屈服时的极限压力以及内压力作用下分别使衬砌、围岩开始屈服时的极限压力。     

山岭隧道堵水限排衬砌外水压力研究

0 前 言 我国是一个多山的国家,山地面积占三分之二以上。为发展交通,需要修建大量隧道。据统计,截止1999 年末,我国大陆地区已建成的铁路隧道有 6876座,总延长约 3670 km,到 2000 年已有公路隧道 1684座,总长 628 km[1]。一般而言,不论在施工中还是运营后,隧道结构时刻处于地下水包围之中,隧道衬砌的渗漏、变形,洞顶地表的塌陷,施工期间的突水、突泥,都与地下水有关,而且水位越高,危害越大。如何处理好地下水是山岭隧道设计施工需要解决的关键问题之一。长期以来我国隧道工程基本上奉行“排堵结合、以排为主”的方针,但长期的大量排水使原有的地下水平衡遭到破坏,造     

高压水工隧洞钢筋混凝土衬砌开裂渗漏研究

 基于弹性损伤理论和等效连续介质渗流理论,提出一种可以在高压水工隧洞衬砌开裂后估算隧洞渗水量的方法。以不同水压力作用下钢筋混凝土衬砌的裂缝宽度变化作为考虑衬砌渗透性变化的主要因素,考虑衬砌裂缝与断层相交的情况和高压固结灌浆作用的影响,对水工隧洞充水、放空阶段的内外水渗漏做出相应探讨。将惠蓄高压隧洞的监测数据和数值模型计算结果进行对比得到,隧洞的渗水量与衬砌裂缝开度及洞周是否存在较显著的渗漏通道存在密切联系。在隧洞洞周没有或尚未形成显著渗漏通道的情况下充水或放空时,计算结果与实际监测结果吻合良好;在衬砌裂缝与断层连通的渗漏通道形成后,计算结果和监测结果则会存在一定的差距。研究结果可为水工隧洞充水期内水外渗和放空期外水内渗渗漏量计算提供一种有效的思路。     

水工隧洞衬砌水压致裂过程的渗流-损伤-应力耦合分析

基于弹性损伤理论和线弹性断裂力学理论,建立水工隧洞衬砌水压致裂过程中的渗流-损伤-应力耦合模型.模型采用增量变弹性损伤刚度有限元迭代法,在内水荷载逐级施加的过程中考虑损伤对于渗流的影响,可以较好地模拟在水工隧洞充水加压过程中,混凝土衬砌在应力场和渗流场耦合情况下的损伤演化及裂纹的产生、扩展的过程.工程算例结果表明:计算结果较为合理地反映高内水压力下水工隧洞衬砌的开裂规律.当水压致裂过程采用耦合模型时,衬砌的损伤演化和开裂对衬砌渗流场的影响不可忽略;由于内水外渗的的影响,衬砌的受力条件在一定程度上得到改善.     

公路隧道衬砌裂损分析及其加固处理方法

分析了隧道衬砌裂损类型、裂损原因及加固处理方法,以云南省元(江)磨(黑)高速公路小曼萨河隧道作为工程实例给予衬砌裂损分析及加固处理,为同类问题提供了成功的分析问题和解决问题的范例。     

压力隧洞衬砌-围岩(土)相互作用研究

基于Biot理论,采用多孔弹性介质的渗流-力学耦合模型,研究了内水压力作用下隧洞衬砌-围岩(土)相互作用问题。考虑衬砌和围岩(土)的相对渗透性,隧洞处于半封闭状态。提出采用取决于岩土介质孔隙率的应力系数来确定隧洞边界上衬砌(围岩)介质和孔隙水分别承担的内水压力值。在Laplace变换域中得到衬砌分别为柔性和刚性条件下隧洞的应力和变形解答。通过算例分析了应力系数及衬砌的相对刚度对隧洞应力和变形以及孔隙水压力场的影响。     

压力隧洞衬砌–围岩(土)相互作用研究

基于Biot理论，采用多孔弹性介质的渗流–力学耦合模型，研究了内水压力作用下隧洞衬砌–围岩(土)相互作用问题。考虑衬砌和围岩(土)的相对渗透性，隧洞处于半封闭状态。提出采用取决于岩土介质孔隙率的应力系数来确定隧洞边界上衬砌(围岩)介质和孔隙水分别承担的内水压力值。在Laplace变换域中得到衬砌分别为柔性和刚性条件下隧洞的应力和变形解答。通过算例分析了应力系数及衬砌的相对刚度对隧洞应力和变形以及孔隙水压力场的影响。     

基于应变非线性软化的衬砌压力隧洞弹塑性解析解

基于岩体应变非线性软化本构模型,考虑中间主应力的影响,对等压荷载作用下的衬砌压力隧洞进行弹塑性分析。将围岩划分为裂缝区、塑性区、弹性区,推导出了围岩裂缝区、塑性区、弹性区及衬砌内任一点的应力和位移解析计算公式,并得到了使衬砌边缘岩体开始产生塑性变形的临界内压力。所得到的解与基于理想弹塑性体的Kaster’s解相比,更接近实际隧洞围岩受力变形情况。     

隧道衬砌混凝土开裂原因分析及加固措施

2008年后,隧道工程在新建、改建铁路中所占比例越来越大,隧道运营后的病害也屡屡出现,其中隧道二衬混凝土开裂较多,常见的裂缝形态有水平裂缝、斜向裂缝和不规则裂缝等。通过分析裂缝产生原因,在此基础上给出新建隧道预防二衬混凝土开裂过程控制以及既有隧道裂缝的注浆加固处理等措施,以期对类似工程有借鉴意义。     

纵向裂缝隧道衬砌结构的安全评价与加固研究

 裂缝是运营期隧道衬砌结构的主要病害形式之一,特别是拱部纵向裂缝对隧道原有结构的承载力影响较大。通过公路隧道衬砌结构裂缝评价方法,对隧道主要裂缝进行安全评价,给出安全等级,同时应用刚度退化模型对隧道原结构进行承载力评价,给出加固前的隧道结构安全系数,通过工程实例验证说明,通过刚度退化模型计算承载力是可行的,为隧道的加固补强提供重要依据,并为今后纵向裂缝情况下衬砌结构的安全性评价、承载力的计算分析以及加固设计提供新的技术方法。     

寒区隧道二衬混凝土冬季施工温控技术研究

 冬季寒区隧道二衬模筑混凝土施工由于低温水泥水化不充分、不均匀,极易出现强度不达标、表面出现贯穿性裂缝等问题。根据含低温相变岩体温度场控制方程,从研究开挖时间对围岩温度影响入手,在充分考虑混凝土水化热影响条件下,分析寒区隧道围岩与二衬混凝土热量迁移传递规律,研究隧道内环境温度、浇注时洞内加热温度和加热时间对二衬模筑混凝土温度影响规律。研究结果表明,随着开挖时间的增加,围岩温度受环境温度影响的范围逐渐增大;围岩被加温一段时间后,表面温度和深部围岩温度较高,中间温度较低,形成了两头热,中间冷的温度分布情况;二衬混凝土24 h内的最低温度随着加热时间、加热温度和环境温度的增加(升高)而升高。在此基础上,提出一种简洁、实用的加热时间计算公式。现场实施效果表明,应用该计算公式,可实现嘎隆拉隧道冬季低温环境条件下二衬模筑混凝土高效不间断施工、表面无裂纹且现场实测强度大于C30强度等级的目标。     

一种改进的盾构隧道双层衬砌分析模型及其应用研究

 在分析现有3种双层衬砌数值模型的基础上,提出改进的双层衬砌盾构隧道衬砌梁–接头弹簧–结合面压杆弹簧组合分析模型。该模型采用压杆、结合面点位移耦合等技术,解决现有模型中地层与衬砌之间、双层衬砌结合面之间存在拉力以及结合面剪切应力与剪切位移无关等问题,提出适用于该模型的双层衬砌结合面和地层衬砌接触面参数计算依据,探讨结合面单元数量对分析结果的影响,研究杭长客运专线钱塘江隧道双层衬砌的力学行为。研究结果表明：(1) 双层衬砌厚度增大将引起双层衬砌弯矩明显增大,其增大趋势与双层衬砌厚度增大趋势基本一致;(2) 双层衬砌厚度的增大对轴力的影响甚微;(3) 双层衬砌弯矩在管片衬砌和二次衬砌之间的分配比例与管片衬砌和二次衬砌的厚度相对比例无线性关系。研究结果对未来水下双层衬砌盾构隧道的设计分析具有一定的参考价值。     

通透肋式拱梁隧道结构荷载设计计算方法探讨

The permeable tunnel with ribbed arch beam,which is a new type of tunnel structure,is analyzed. The geological environmental conditions and structural characteristics of this tunnel are expounded;and the concept of the design load standard for which the relaxation of the pressure caused by the surrounding rock failure in the limit state for this kind of non-symmetric half-dark tunnel structure is presented. By the numerical simulation study of the pattern and scope of tunnel surrounding rock failure,the basic failure modes of this tunnel can be concluded as which the vault slope rock slip along a ramp through the arch of the foot to form a wedge,and the size of the angle between the sliding failure surface and the horizontal plane determine the range of surrounding rock failure. On this basis,the structural load design and calculation model of the permeability tunnel with ribbed arch beam is established with theoretical analysis of the derivation,and compared and analyzed with the actual monitoring data and the numerical simulation results of construction conditions. The results show that the calculated internal forces distribution of this model can better reflects the variation of the internal force of tunnel structure,have a reliable safety margin,so as to provide a practical and effective design calculation method for the same type of half-dark tunnel structure section design and evaluation of long-term stability.     

表层钢筋对混凝土梁的裂缝影响试验研究

对6根配置表层钢筋的混凝土梁受弯性能进行试验,其中试验梁的纵筋为HRBF500钢筋,研究配置表层钢筋的混凝土梁开裂特点,分析表层钢筋对混凝土梁裂缝间距和裂缝宽度的影响规律。试验结果表明:配置表层钢筋能有效减小裂缝宽度,其中其短期最大裂缝宽度与对照梁相比可减少35%~70%。参考欧洲规范EN 1992-1-1:2004的有关规定,对表层钢筋的配置及构造和裂缝宽度折减系数提出设计建议。     

海底隧道复合衬砌水压力分布规律及合理注浆加固圈参数研究

 与普通山岭隧道不同,海底隧道深埋于海床之下,地下水的处理是其修建过程中的关键问题,而隧道渗水量控制及衬砌结构水荷载确定又是地下水处理的核心问题。采用“堵水限排”的设计理念,设计海底隧道复合衬砌结构防排水系统,可以实现以较小的排放量明显折减甚至消除作用在支护结构上的外水压力,使海底隧道衬砌结构设计更经济。基于地下水水力学理论,推导海底隧道渗水量和复合衬砌结构外水压力的计算方法,并结合厦门海底隧道工程实践,采用理论分析和数值模拟方法揭示初期支护、二次衬砌以及注浆加固圈等参数的变化对隧道渗水量和衬砌外水压力的影响规律。在此基础上,提出海底隧道复合衬砌合理注浆加固圈参数的确定方法,并在厦门翔安海底隧道穿越F4风化深槽的合理注浆加固圈参数设计中取得成功应用。研究结果可为海底隧道或富水区高水头山岭隧道工程的防排水系统设计提供借鉴和参考。     

跨海峡隧道风化槽围岩衬砌防排水技术研究

 采用钻爆法修建海底隧道必须采取有效措施预防塌方、涌水、突泥等地质灾害,海底隧道钻爆法施工时如何安全穿越断层破碎带是工程设计与施工的技术难点。结合厦门跨海峡隧道围岩的特点,研究钻爆法穿越断层破碎带的注浆加固、防排水技术,提出不同围岩条件下的隧道防排水和注浆设计方案。并根据实验室三轴试验结果得到强风化花岗岩渗透系数以及反演的围岩力学参数,分析风化槽隧道衬砌的外水压力分布特点和量值。研究成果为衬砌结构设计以及国内同类型隧道的衬砌防排水和衬砌支护技术设计提供可靠指导。     

纵向裂缝对隧道衬砌承载力的影响分析

 基于隧道衬砌拱顶结构1∶1的荷载试验,建立衬砌裂缝深度与衬砌刚度的关系,提出裂缝处衬砌刚度计算的梁弹簧模型。基于梁弹簧模型分析裂缝位置、裂缝深度和地层抗力对衬砌结构承载力的影响。计算结果表明：隧道拱顶安全系数随裂缝深度增加呈线性降低,裂缝深度为衬砌厚度的50%时,安全系数则降低78%;相同裂缝深度情况下,裂缝在拱顶时最不利,裂缝在拱腰、边墙以及拱脚时对结构安全系数影响较小;地层抗力对拱顶、边墙以及拱腰的安全系数影响较大,对拱脚的安全系数影响较小。