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     

地下钢筋混凝土岔管三维有限元分析

以我国某大型抽水蓄能电站工程为实例,利用大型通用有限元软件ABAQUS对该电站尾水钢筋混凝土岔管洞段围岩及衬砌的变形和应力状况进行三维有限元分析,根据计算结果对衬砌进行了配筋计算,提出了在实际工作中应做好围岩的固结灌浆、衬砌和锚固的建议.     

尾水岔洞三维有限元分析

利用三维有限元方法计算分析了乌江渡水电站尾水岔洞围岩在开挖情况下的变形、应力及屈服区,对不同应力释放荷载条件下的喷锚支护效果进行了评价;在此基础上根据施工、运行和检修工况下的荷载作用情况,计算分析了衬砌结构的变形及应力情况,并指出起控制作用的工况.计算分析得出的结论已用于指导工程设计,同时也可供其他同类工程的设计和施工参考.     

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.     

溪洛渡水电站尾水洞结构应力有限元分析

针对溪洛渡工程尾水洞的典型断面,利用平面有限元方法,计算分析施工期围岩开挖稳定问题,以及开挖、回填灌浆、调压涌浪作用下和施工渡汛期等工况下围岩、衬砌的应力分布情况.计算结果表明,在调压涌浪作用下,衬砌受到最大的拉应力作用,是控制性工况;隧洞底部转角处拉应力集中,建议进行局部修圆处理.     

有压引水隧洞内水外渗作用研究

基于Biot固结理论,对统一域混合模型进行改进,考虑了结构面的法向渗透特性,对高压内水外渗进行了渗流场-应力场耦合计算,以衬砌上钢筋应力变化为代表,反映内水外渗耦合计算分析下的结构应力状态的变化.并以衬砌上的微裂缝宽度、围岩渗透系数、岩体结构面的产状为影响因素,以衬砌外沿最大孔隙水压为系统特性,进行了敏感性研究.结果表明,高压内水外渗耦合计算分析步中钢筋拉应力变小;衬砌微裂缝的宽度是影响衬砌外沿最大孔隙水压的主要因素,围岩渗透系数为次要因素,结构面的产状对其影响最小,但是对孔隙水压的分布影响较大.     

乌江渡扩机工程尾水岔洞三维有限元分析

Ansys软件具有强大的前后处理以及可视化功能,能克服复杂岩土工程中的自编程序在该方面的局限性。文章基于Ansys对乌江渡水电站扩机工程的尾水隧洞进行三维建模和后处理,并采用弹塑性程序进行了三维开挖变形稳定计算以及衬砌结构分析,着重研究了不同应力释放比例情况下的隧洞应力和变形以及支护方案,同时考虑了水压力的作用:使得洞周围岩卸荷,部分进入屈服的岩体回到弹性状态。并在前处理中对岔洞采用了子模型技术,使得岔管的变形稳定计算更符合实际情况。最后提出与其他计算机语言相结合的二次开发技术是Ansys软件的发展方向,能更好地满足复杂地下工程的建模和计算。     

卜形岔管的有限元分析与配筋计算

对某水电站引水系统的钢筋混凝土岔管进行了三维有限元分析,给出了岔管的应力分布情况,并按照应力配筋的方法对岔管结构进行了配筋计算,为钢筋混凝土岔管的设计提供了理论依据.     

衬砌背后脱空对隧道结构影响三维数值分析

衬砌背后脱空是很普遍的公路隧道病害现象之一,对衬砌结构危害较大.以往通过平面分析认为脱空过大可能导致衬砌外侧沿环向出现较大拉应力,产生纵向裂缝;通过建立三维有限元模型对比发现,局部空洞会导致脱空衬砌外侧出现较大纵向拉应力,可能引起环向裂缝,而几乎不产生环向拉应力.根据三维数值分析得出不同空洞位置、不同围岩级别下空洞对衬砌结构影响.     

大型多岔调压井衬砌混凝土结构三维有限元分析

大型多岔调压井通常具有空间结构复杂、受力条件多变、且易受地质条件和地下水位等多因素影响的特点,为评价其衬砌混凝土结构安全,以黑泉水库左岸调压井为例,采用ANSYS系统构建大型多岔调压井三维有限元数值模型,计算分析了不同工况下衬砌混凝土受力和应力分布特征,在此基础上进行了调压井结构配筋复核、抗裂验算及裂缝扩展宽度验算等复核计算,最后基于验算结果给出了合理的工程指导建议,作为多岔调压井工程设计和工程运行管理时的借鉴.     

侧部岩溶尺度及净距对盾构隧道围岩变形影响分析

以某地铁区间岩溶区盾构隧道修建为工程依托,对隧道三维动态盾构施工过程进行弹塑性数值模拟,分析盾构隧道施工时,溶洞尺寸以及溶洞与隧道间净距对隧道围岩变形及应力等的影响规律。研究结果表明：溶洞对隧道施工过程中围岩变形影响较大,围岩的径向位移及其释放率在有溶洞存在时有增大趋势,同时发现其随溶洞尺寸增加而增大;溶洞尺度及溶洞距盾构隧道间净距对围岩塑性区分布范围及形态以及衬砌结构受力特征等有比较大的影响;通过反复论证,确定了溶洞与盾构隧道问最小施工安全净距不应小于溶洞尺寸。本次研究成果可为岩溶区城市地铁隧道修建提供参考依据。     

软岩隧道施工变形修复方案优化研究

某隧道在建设过程中,由于上覆荷载大,围岩强度较低,围岩出现了较大变形,严重影响隧道安全,需对隧道进行修复.根据实际情况设计了反增加初期支护厚度和增加初期支护厚度并加固围岩2种修复方案,并依据实测地形分别建立了有限元计算模型,采用不同的工况模拟了隧道修复方案.对计算结果从围岩位移、应力、塑性区发展以及衬砌内力等方面进行了对比和分析.研究结果表明,围岩注浆对软岩隧道的围岩变形、围岩应力的控制效果优于仅采用增加初衬厚度的修复方案.此研究对类似隧道修复具有借鉴意义.     

不同大变形等级下层理角度对层状软岩隧道的影响

为探究不同大变形等级下层理角度对层状软岩隧道的影响,依托九绵高速全线软岩大变形隧道,通过岩石力学试验确定遍布节理模型参数,基于数值模拟,探究不同软岩大变形等级（轻微、中等、强烈）下层理角度对层状软岩大变形隧道围岩及支护体系受力变形的影响,并通过现场统计的层理角度与大变形情况对数值模拟结果进行验证。结果表明：1）层理小角度（0°、15°）与大角度（90°）围岩变形、支护结构受力变形较大,随着大变形等级的增大,层理角度引起的围岩支护变化效果越明显。2）随着层理角度的增大,围岩变形从拱底逐渐转移到右拱腰。围岩变形主要发生在隧道轮廓与层理面相切位置,其中拱底及左拱脚对层理角度变化较敏感。3）初支应力偏向及节理塑性区大致与层理弱面法向一致,随着层理角度的增大,节理的剪切塑性区由拱顶、拱底转移到左拱脚、右拱肩,最终偏移到左右拱腰上下位置;相比初支压应力,初支拉应力对层理角度更敏感,垂直节理增大了张拉剪切破坏塑性区贯通的风险,但剪切破坏塑性区半径反而有可能减小。4）现场的统计规律表现为小角度与大角度大变形等级较高,层理角度为60°以下时,岩层破坏发生在拱腰及拱肩处,随着层理角度的增大,有向拱肩发展的...     

浅埋软岩段隧道进洞施工变形特征与失稳分析

为研究隧道开挖过程中浅埋软岩段塌方变形特征,对隧道地质情况进行有效辨识,结合隧道施工过程围岩监测数据,并依据地质雷达探测结果建立三维数值模型并进行数值分析。研究结果表明:在隧道开挖阶段,拱底与拱顶位置均出现明显塑性区,伴随掌子面逐渐靠近围岩破碎区域,塑性区范围逐渐扩大并向拱顶右上方及围岩内部转移,破碎区域应力水平较低且位移显著增大,围岩完整性大大降低;不良地质构造是隧道发生塌方大变形的主要原因,降雨和地表水的入渗劣化围岩力学性质加速了隧道灾害的发生。对于隧道五级围岩浅埋段施工,应加强监控量测分析并及时做出预警,对关键部位开展超前地质预报工作。研究结果可以指导隧道塌方灾害的防治,对于实现隧道信息化施工具有借鉴意义。     

隧洞支护效应的探讨

基于弹性理论,对隧洞开挖后和进行喷锚支护后的应力和塑性变形进行分析。运用FLAC 3D模拟了隧道开挖与支护过程中的力学行为,得到隧道在无支护和喷锚支护作用下围岩的塑性及应力变形情况。结果表明,在喷锚支护中,对锚杆施加预应力,其值为当隧道塑性区消失时所需支护力的大小。这种支护提高了围岩的自承能力,使围岩塑性区的扩展在隧道开挖不久就得到有效抑制,能有制止隧道围岩的进一步破坏。     

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.     

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.