活动断裂对隧洞变形响应特性的影响研究

长距离跨流域调水工程是解决水资源短缺与社会经济高质量发展之间矛盾的必然选择,由于受到地形和地质条件的限制,通常需要跨活动断裂建设长距离输水隧洞。为了全面、准确地认识活动断层的错断对输水隧洞变形破坏特性的影响,以滇中引水工程的关键控制性工程——香炉山输水隧洞为例,基于隧洞关键部位的位移与相对变形、最大主应力、纵向等效内力等指标,对断层带倾向、夹角、宽度、岩体力学参数等因素进行参数分析。结果表明：断层带走向与隧洞夹角以及断层带倾角越大,对隧洞衬砌变形受力状态越有利,当隧洞必须要跨越活动断裂时,其相交角度较大为宜;在相同错动量的前提下,断层宽度越小,对隧洞变形越不利;在断裂带两侧岩体质量条件和错动量不变的前提下,随着断裂带岩体质量的提升,隧洞受到的错动作用更加显著。研究成果可为相关隧洞工程建设提供参考。     

滇中引水工程凤凰山隧洞过活动断裂带结构适应性研究

滇中引水工程输水建筑物多采用隧洞,占比高达92%,线路多次穿越区域性活动断裂带等地质条件复杂的地层,工程建设及安全运行均受到严重威胁。结合滇中引水工程隧洞穿越活动断裂带的工程设计案例,从建筑物结构型式选择以及结构对断裂带蠕滑变形及黏滑变形的适应性进行了三维仿真分析,并提出了工程运行期合理的检修年限。研究结果表明:采用短衬砌和宽变形缝结构形式可有效减小区域性活动断裂带位移产生的结构应力,大大延长了衬砌结构的使用寿命。研究结论为穿越活断裂隧洞的抗错断设计提供参考。     

曲江倒虹吸跨活动断裂抗错断设防参数研究

跨活动断裂的建筑物极易发生错断破坏,抗错断设防是跨活动断裂建筑物设计的重点和难点问题.根据对我国西部地区走滑断裂引发的历史强震资料的分析,建立了震级与破裂长度、最大水平位移之间的拟合关系式,同时对曲江断裂未来百年内最大突发地震地表水平位移和垂直位移、变形带宽度以及蠕滑位移进行预测,并提出了曲江倒虹吸的抗错断设防参数建议...     

跨活断层隧洞抗错断技术模型试验研究

长大隧洞工程不可避免地要跨越活动断裂带及其影响区域,为减少因断层错动而导致的隧洞结构破坏,抗错断设计是隧洞设计的重要内容。以滇中引水工程香炉山隧洞为背景,对包括铰接设计、扩挖-缓冲层设计以及铰接-扩挖-缓冲层在内的3种抗错断措施进行模型试验研究;从衬砌内部破坏、隧洞整体破坏、衬砌应变方面,对上述3种抗错断措施抗断效果进行了验证评估。研究结果表明：(1)从隧洞衬砌结构内部破坏特征来看,铰接设计与扩挖-缓冲层设计都可以对衬砌起到保护作用。(2)从隧洞整体变形和裂纹分布来看,使用铰接设计增大了隧洞在断层带区域的变形程度,但减小了衬砌本身的破坏;使用扩挖-缓冲层设计不仅减小了隧洞在断层带区域的变形,同时也相对减小了对衬砌本身的破坏,经铰接-扩挖-缓冲层设计的隧洞变形几乎只出现在铰接处,衬砌破坏更小。(3)从隧洞纵向应变分布规律来看,扩挖设计和铰接设计都减小了衬砌的应变,其中铰接设计对衬砌应变的减弱最为突出。相关研究成果可为跨活断裂隧洞实际工程中抗错断方案的选用提供参考。     

穿越活动断层输水隧洞病害研究进展

穿越活动断裂带及大型城镇的输水隧洞,具有洞线长、埋深大、地质条件复杂等特点。为研究穿越活动断裂带的输水隧洞病害,归纳总结了关于穿越活动断裂带的隧洞结构变形、应力和损伤特征等方面的研究成果,对汶川地震和台湾集集地震灾区位于活动断裂带影响范围内的隧洞结构破坏统计数据进行系统整理,分析隧洞病害的主要特点、产生原因、破坏机理与案例病害类型,并将病害等级分成无病害、轻度病害、中度病害和严重病害4级。最后对隧洞病害处理措施进行归纳,并提出相应处置建议。研究结果可为输水隧洞病害的归类与处置提供参考。     

隧洞穿越活断层抗断技术及应用

文章对隧洞穿越活断层抗断应对技术措施进行了梳理探讨,认为超挖设计、铰接设计、消能设计及新材料应用等措施是当前隧洞抗断的主要措施.结合每种措施的实际应用效果,归纳并建议相关应对措施的适用条件结合近期启动的水资源高效利用国家重点研发计划课题隧洞穿越活断层围岩-衬砌灾变机制及抗断技术研究项目,以云南滇中引水工程香炉山...     

狮子山隧洞穿越F16活动断裂带结构防震抗震关键技术

狮子山引水隧洞直接穿越F16程海—宾川活动断裂带,为解决隧洞结构位错、挤压—卸荷大变形、断裂活化等地质问题,研究深埋、软岩围岩、高地应力和施工扰动对隧洞结构的影响,文章基于建筑抗震韧性的隧洞结构及防震抗震设计原则,提出了隧道穿越活动断裂带时,衬砌设计方案、围岩加固措施、施工监测方法以及永久监控系统等一系列防震抗震关键技术,为高效优质完成施工任务及确保运营过程中的安全提供了技术支撑.     

走滑断层作用下跨断层隧洞破坏机理研究

中国西部地区断层带分布广泛,使得西部地区隧洞建造过程中不可避免穿越活动断层。为研究不同因素对隧洞衬砌结构的影响,根据滇中引水工程香炉山引水隧洞穿越断层的活动形式,采用数值模拟方法模拟不同工况下走滑断层错动引发的隧洞衬砌变形及受力,由此得到断层错动量、断层带宽度、断层带围岩强度及断层倾角这4个主要因素对衬砌结构的影响程度。结果表明:(1)断层错动量、断层带宽度、断层带围岩强度及断层倾角4个因素对衬砌影响的程度依次减弱。(2)隧洞衬砌在走滑断层错动作用下的变形模式呈Z字形分布。(3)断层破碎带范围内的剪力较大,衬砌弯矩分布沿隧洞纵向方向呈中心对称,在断层界限处达到弯矩最大值,衬砌中点的弯矩为0。(4)位于断层带处的隧洞衬砌洞顶及洞底应力分布受敏感参数影响的变化较大,隧洞衬砌两端的压应力较小;左右拱腰的纵向应力沿衬砌中间截面迹线呈对称分布,最大压应力出现在断层界限处,因此断层界限应该成为隧洞抗错断的控制重点。     

长距离隧洞穿越活动断裂带的结构安全监测体系和布置设计

长距离输水隧洞等线路工程建设将不可避免地穿越活动断裂带,引发隧洞结构变形失稳风险。可靠的结构安全监测方案是有效监控隧洞结构安全状态、评价抗错断措施适应性的必要手段,目前还少有与隧洞穿越活动断裂带结构安全监测体系相关的研究。针对该问题,提出了过活动断裂带隧洞结构安全监测的“五适应”设置原则,即：与现行规范或技术标准相适应、与活动断裂带活动特征相适应、与隧洞结构变形规律和破坏特征相适应、与抗断措施相适应、与隧洞开挖施工方法相适应。然后,以滇中引水工程香炉山隧洞为对象,根据断裂带蠕滑作用下的隧洞结构变形破坏规律,开展了基于“五适应”设置原则的安全监测体系和布置设计研究。研究认为香炉山隧洞在穿越丽江-剑川断裂时,应以围岩变形、接缝开合度等为主要监测项目,以接缝剪切压缩量和混凝土压应变等为基本监测内容,以影响带-主断带的交汇区域为重点关注区域,以位错计、错缝计、应变计和压力计为监测仪器,并明确了与监测对象同步实施的布置时机。由此建立隧洞穿越活动断裂带的结构安全监测体系,为隧洞过活动断裂带的安全监测布置设计提供了有益的思路。     

水工压力隧洞衬砌裂缝计算及抗裂设计

给出了有防渗要求的水工压力隧洞衬砌环向应力与纵向应力计算式,分析了隧洞衬砌产生纵向裂缝与环向裂缝的原因,提出了相应抗裂设计原则与伸缩缝间距计算式.     

ABAQUS在输水隧洞衬砌结构计算中的应用

为研究输水隧洞在地震荷载作用下结构的受力变形规律,文章采用大型有限元软件ABAQUS,对输水隧洞在设计和地震两种工况下的应力及变形规律进行分析研究,得到以下结果:输水隧洞衬砌结构在两种工况下应力最大值均位于边墙与底板的交接位置,在交接处由于结构突变产生了应力集中,结构位移在底板的跨中位置最大,其次是顶拱位置,在边墙两侧呈对称分布;在地震荷载作用下,隧洞结构应力及变形情况均大于设计工况,在底板、边墙及拱顶交接处产生塑性变形并发生破坏,并向周围扩散,在设计中应在底板、边墙及拱顶交接处采取一定的措施来防止结构破坏。结果表明,有限元ABAQUS在隧洞衬砌结构计算中准确性高,设计成果符合工程实际情况。     

输水隧洞支护结构热力学参数敏感性分析

面对高岩温对地下洞室工程施工造成的诸多不利影响,文章以辽宁省观音阁输水工程的输水隧洞高岩温施工段为工程依托,利用数值模拟的方法对输水隧洞支护结构热力学参数敏感性进行了深入分析。结论显示:喷层比热为不敏感参数,其余三个参数为敏感参数,并且线膨胀系数和导热系数的影响更为显著。建议施工过程中尽量选用线膨胀系数小、导热系数高的材料。     

排水结构设置后软岩隧洞的渗流-应力耦合分析

高外水作用下,深埋软岩隧洞围岩-支护结构安全将受到极大挑战。为了降低高外水压对软岩隧洞围岩-支护体系的影响,较常见的工程处理措施为在隧洞周围布置排水结构,以降低洞周外水压力。笔者首先提出了一种简便的隧洞围岩-衬砌结构渗流-应力分析思路。然后,以某过断层带深埋软岩隧洞为研究对象,通过开展隧洞施工期、运行期渗流-应力耦合分析,研究了软岩隧洞排水结构的排水效应。研究发现,在注浆圈和排水结构的综合作用下,隧洞衬砌附近的水力比降较小,注浆圈水力比降较大,使注浆圈承担绝大部分外水荷载,而衬砌承担少部分外水荷载;在软岩和衬砌的变形协调作用下,最终形成注浆圈与衬砌的协同承载效应,有效提高了隧洞的运行安全水平。     

输水盾构隧道纵缝压弯力学性能分析研究

三门核电站二期取排水隧道工程拟采用盾构法修建,拟建隧道存在标准段和特殊段,特殊段采用钢与混凝土复合管片,其与钢筋混凝土管片接头有较大的差别,为了了解两种接头压弯力学性能,有助于方案设计和计算参数取值,开展了接头足尺试验,得到了接头的刚度、强度等参数,以及接头刚度随荷载的变化规律.最后,对比分析了不同接头的力学性能,主要...     

剖析巨龙湖水库除险加固中的输水洞设计

巨龙湖水库现有输水洞2座,经过多年的运行,现状存在较多问题,急需除险加固,文章结合工程实际,从工程基本情况、存在问题、除险加固必要性及除险加固设计等方面阐述了输水洞除险加固初步设计的全过程,以求满足输水洞除险加固初步设计工作的一般程序要求和提供上级部门的审查需要。     

断层破碎带隧洞管棚支护参数设计方法

为确保断层破碎带内隧洞的安全施工和掌子面岩体稳定,提出了一种管棚支护参数的设计方法。首先,对管棚分段且取其中一部分作为有效计算长度,采用太沙基理论计算松散破碎岩体对管棚的荷载,根据约束条件将洞内管棚简化为两端固支梁,得到管棚弯矩、挠度和端部反力。然后,根据岩体和管棚的各类破坏条件,推导了管棚支护参数的计算公式。最后,介绍该方法在某断层破碎带隧洞的应用情况。该隧洞前期超前支护仅采用小导管,已发生数次掌子面坍塌。基于此方法分析小导管支护偏弱并进行了管棚支护设计,在之后开挖过程中收敛变形减小,管棚支护取得了较好的加固效果。研究成果可为断层破碎带隧洞管棚支护参数设计提供参考。     

压力隧洞设计与结构计算研究进展

针对目前压力隧洞设计现实和设计规范均不是很完善、结构计算缺乏可靠方法以及对内外水荷载作用下围岩衬砌联合承载机理研究还不深入的现状,对压力隧洞设计准则、结构计算以及内外水荷载作用下围岩衬砌联合承载机理这三个方面的国内外研究进展进行了综述,并指出存在的不足.基于研究现状的总结分析,提出了需要进一步深入研究的课题.研究成果可为压力隧洞的设计和结构计算提供参考.     

破山洞水库输水洞修复工程正虹吸管计算与分析

破山洞水库位于辽宁省葫芦岛市绥中县西甸子镇,水库由大坝(主坝、副坝)、溢洪道、输水洞等主要建筑物组成,是一座以防洪、灌溉为主,养鱼为辅的小(2)型水库。由于破山洞水库在运行中出现了输水洞洞体上部坝体出现塌陷情况,输水洞放水时坝体土料随着水流排出,严重威胁坝体安全。为此,对该水库输水洞采用正虹吸管输水修复。文章对破山洞水库输水洞的处理方案进行了分析确定,并进行了相关水利计算及对管道布设进行了分析。