埋藏式钢岔管与外围结构的联合作用分析

为了更深入地了解埋藏式岔管与外围结构联合承载的力学机理,采用三维有限元法对岔管与外围结构联合作用做了精细的力学仿真。尝试了一种新的模型,即设置回填混凝土网格,模拟钢岔管、混凝土、围岩三者之间的两道缝隙及其力学接触行为,考虑混凝土承载后的塑性变形特征。结果表明,岔管与外围结构在空间中的相互作用过程复杂:由于岔管与外围结构联合承载,使钢材强度得到了充分的发挥;回填混凝土未沿径向均匀开裂,基于此假定的力学模型值得商榷;回填混凝土变形应被充分重视,有些部位的压缩变形甚至大于结构间原始缝宽,不利于联合承载;两道缝模式得出的内水压力围岩分担率明显低于一道缝模式,后者可能高估了围岩分担率。研究成果为埋藏式岔管受力分析提供了一种新模式。     

卡洛特水电站埋藏式压力钢管联合受力研究

考虑钢管与围岩联合承载,采用有限元对钢管、回填混凝土与围岩组成的联合承载体进行了非线性的计算分析,将有限元计算结果与规范计算结果进行了对比,比较了内水压力、围岩与钢管缝隙等因素对钢管受力特性及围岩分担率的影响。研究表明:不同的内水压力下,围岩分担率不同,一般随内水压力的增加而减小。缝隙影响围岩的分担率,缝隙越小,围岩分担的内水压力就越大;当缝隙超过一定值时,钢管接近明管的受力状态。回填混凝土采用弹塑性断裂本构模型的实体单元模拟能较好地反映材料的力学性能,宜采用该方法对埋藏式压力钢管进行受力分析与工程设计。     

宜兴抽水蓄能电站岔管结构特点和水压试验效果

内加强月牙肋岔管,由于它具有受力合理、设计方便、水流流态好、水头损失小、结构可靠、制作安装容易等特点,在国内外大中型常规和抽水蓄能电站地下埋管中得到广泛的应用。随着抽水蓄能电站向高水头大容量方向发展,输水系统趋于大规模化,随之岔管也趋于大PD值化。对于高水头、大PD值岔管,如何减少钢板厚度,降低制造安装难度成为比较突出的问题。在目前数值计算和观测设备比较完善基础上,考虑围岩分担内水压力设计是高水头、大PD值岔管设计的一种必然趋势。文章从工程实例方面重点阐述月牙肋岔管的结构特点和水压试验效果。     

按联合受力设计的埋藏式钢岔管有限元分析方法

本文提出一种考虑有缝隙存在的联合受力埋藏式钢岔管有限元分析方法，假定回填混凝土在内水压力作用不只起传递荷载作用，围岩简化为在若干有限元结点上施加纯压缩弹性抗力的模型，通过多次迭代求解可获得收敛的结果。本文结合工程实例给出计算成果，说明围岩对岔管的应力影响十分显著。     

地下埋藏式钢岔管三维有限元分析

结合某抽水蓄能电站的地下埋藏式钢衬钢筋混凝土岔管工程实例，采用Marc有限元软件，对钢岔管与围岩联合承载进行数值模拟。通过三维有限元线性和非线性计算，考虑了初始地应力、开挖支护引起的二次应力，以及钢衬与混凝土垫层间的初始缝隙对钢岔管受力和变形的影响，分析了岔洞开挖、支护及充水运行等工况下，钢衬、混凝土衬砌、围岩的应力和变形，得出了一些对工程有意义的结论。     

石门坎水电站埋藏式钢岔管研究

采用三维有限元方法对石门坎水电站钢岔管结构体形进行优化,考虑施工中的不确定因素,就总缝隙宽和围岩弹性抗力进行了敏感性分析。结果表明:在一定的平面布置条件下,岔管管壳应力集中的程度取决于管壳母线间的转折角大小;缝隙大小对埋藏式岔管的应力分布影响较为敏感,缝隙越小,围岩分担作用越明显;围岩对岔管的应力大小及分布影响显著。     

埋藏式月牙肋岔管结构特性研究

某抽水蓄能电站采用埋藏式月牙肋岔管,岔管HD值3 500m2,且围岩条件较差.采用作者自行开发的月牙肋岔管体形设计程序(CrbpCAD)和商用ANSYS软件,考虑岔管与围岩联合承载,采用三维有限元方法讨论了岔管布置形式、分岔角、围岩单位弹性抗力系数、缝隙值、主管直径等因素对岔管结构设计的影响.研究认为,对称布置、较大的分岔角、减小管径对岔管结构有利,围岩条件越好、缝隙值越小对围岩与岔管联合承载越有利,然而分岔角增大、管径减小会增大能量损失,应通过经济技术比较确定合适的分岔角和管径.     

十三陵抽水蓄能电站地下埋管水压试验研究

本文扼要地介绍了北京十三陵抽水蓄能电站的两个不同地质条件下地下埋管模型水压试验和各类仪器观测成果。鉴于岩体工程质量的差异和初始缝隙值的存在，影响着钢衬应力和围岩承载比。论述了钢衬、混凝土和围岩联合受力及其对内水压力的分担率。试验成果为该工程优化设计正确选择设计参数提供了科学依据。     

天荒坪抽水蓄能电站输水系统设计

天荒坪工程上游输水系统为斜井，一洞三机，输水道总长与平均发电水头的比值为２．５。６台机组有两个相同的水力单元，中心距为５９．５４ｍ，承受６８０ｍ的最大静水头，输水系统全长１４３５ｍ。尾水部分长２４５．３～２５３．８ｍ，为单机单洞，共６条尾水洞。岔管采用钢筋混凝土结构，平底两次分岔，分岔角度为６０°。高压钢管承受最大内压为８．７ＭＰａ，近厂房段钢管按明管设计，离厂房边线１８ｍ外按埋管设计并考虑钢管、衬砌和围岩三者联合作用。为保证钢衬回填质量，高压钢管均不设加劲环，在回填混凝土和回填浆液中掺适量微膨胀剂，并采用设置排水廊道和钢管外排水等措施降低外水压力。经充水试验观察，高压钢管部位缝隙值小于设计值，外水压力接近零，效果较好。     

缅甸DAPEIN(Ⅰ)水电站岔管优化设计

根据缅甸DAPEIN(I)水电站压力管道段工程布置及地质条件,选择埋藏式钢岔管和钢筋混凝土岔管两种岔管类型,分别建立三维有限元数值模型,从岔管位置的确定、岔管的体型设计、应力应变等方面进行分析。结果表明:钢岔管围岩属Ⅳ类,相对较差、管壳及管壁应力较大,焊接工艺复杂、施工制作困难、造价较高;钢筋混凝土岔管围岩属Ⅱ-Ⅲ类,采用对称"Y"型结构,岔口附近应力集中,双层配筋,并对围岩进行固结灌浆及回填灌浆等措施。     

软弱地质条件下高压月牙肋钢岔管结构设计研究

软弱地质条件下,围岩所能提供的弹性抗力有限,从保证安全又兼顾投资的角度,对月牙肋钢岔管的结构设计方法进行了研究,在对弹性抗力系数和初始缝隙值两个因素进行敏感性分析的基础上,重点对不同单位弹性抗力的设计方案进行综合比较,总结出合适的单位弹性抗力取值方法,为类似工程提供借鉴。     

抽水蓄能电站岔管水力特性数值模拟

在计算方法的可靠性得到模型试验结果验证的基础上,以某抽水蓄能电站月牙肋岔管为研究 对象,利用紊流模型对其水力特性进行数值模拟,分析了肋宽比、分流比及弯管段转弯半径对岔管水 头损失及流态的影响。     

浅埋高压钢筋混凝土岔管安全性分析

浅埋高压钢筋混凝土岔管结构一般受力复杂,其安全与否不仅仅是衬砌结构强度满足要求,还要考虑到施工和运营过程中围岩的稳定;最小覆盖层厚度;渗透失稳及水力劈裂等多项安全性能。利用三维非线性有限元数值分析方法,对某浅埋高压混凝土岔管进行了非线性仿真模拟,得到了各施工步衬砌结构、围岩及支护的情况。对衬砌裂缝及多项安全性进行了分析,结果表明:采用边开挖、边喷锚,衬砌一次成形的施工工序基本合理。结构在运行阶段,岔裆处将出现裂缝,最小覆盖层厚度满足要求,不会发生渗透失稳,但在岔裆处将发生一定规模的水力劈裂。     

基于场应变的充填体与围岩组合模型循环加卸载试验研究

为模拟研究充填采场围岩破裂演变机理,设计了充填体与围岩组合模型,采用RLW-3000微机控制剪切蠕变试验机对不同种类岩石模型试样进行了不同侧压力条件下的循环加卸载试验;通过VIC-3D非接触全场应变系统同步监测模型试样损伤破坏过程,基于试验过程中应变场的演变,对组合模型破裂机理进行了分析。研究表明:充填体能够增强围岩的完整性及强度;组合模型的破裂经历了一个扩容的过程;不同侧压下循环加卸载应力-应变曲线形成多塑性滞回环,岩性越软滞回现象越显著;应变场在低循环荷载时近似均匀场,高荷载时在加载非均匀场与卸载均匀场之间变换,渐呈应变局部化特征;张拉应变区首先出现在强度比较低的充填体区域,并随荷载增大逐渐向两侧的围岩移动,充填体与围岩变形具有时空非同步性与破坏形式差异;不同种类围岩破坏形式不同,强度较低的呈剪切破坏,强度较高的则为拉伸破坏。结果表明场应变演变可较好地表征充填采场围岩破裂过程。     

新型隔壁式高压岔管结构研究

通过对新型分岔结构－隔壁式岔管的研究，认真分析其体形设计、力学试验和结构有限元计算成果，发现这种新型分岔管在布置、结构和水力学方面较普通的“Y”型和“卜、形岔管具有一定的优势，其分岔灵活，结构对称无缺省，承爱内、外水压力能力强，双向过流条件好，具有广阔的应用前景，比较适合于抽水蓄能电站中的高水头、大直径、深埋藏的岔管的运用要求。     

棉花滩水电站尾水岔管设计

棉花滩水电站尾水岔管采用钢筋混凝土管,尺寸较大,两岔管相距较近。地下钢筋混凝土岔管与围岩联合工作,受力状况较为复杂。通过对钢筋混凝土岔管和围岩在内水压力或外水压力作用下采用三维非线性有限元的分析,了解岔管在各种工作情况时的受力状况,从而进行正确的设计。     

高压岔管首次充排水衬砌开裂规律与渗透特征

高压岔管首次充排水过程是影响衬砌裂缝产生和扩展规律、渗透规律以及长期受力特性的关键因素,亦是关乎结构安全与围岩稳定的重要工况。以阳江抽水蓄能电站钢筋混凝土高压岔管为工程背景,基于流固耦合方法,采用离散单元法(PFC~(2D))研究了首次充水裂缝开展位置与初始地应力的关系;然后,利用有限差分法(FLAC~(3D))分析了衬砌起裂过程和贯通临界压力,明确了首次充排水至平衡状态的衬砌渗透特性以及梯级排水条件下衬砌稳定性;最后,研究了钢筋和锚杆对衬砌结构力学特性的影响,并提出限裂设计参数优化方案。结果表明:内水压力2.8 MPa为衬砌起裂临界压力,继续增至4 MPa时衬砌结构裂缝贯通;裂缝是高压岔管充水期内水外渗和放空期外水压消散的重要渗流通道,衬砌结构配筋与锚杆支护是限制裂缝开度的关键措施;放空期高外水荷载作用下衬砌存在受压破坏风险,应对内水放空梯度进行严格控制。     

引黄工程钢筋混凝土岔管应力分析

对山西省引黄工程中的钢筋混凝土岔管高应力的原因进行了分析，认为与围岩边界的温度低、约束力强有很大关系。在缺乏足够水位资料情况下，由于发现了最初通水时有一水位升高而岔管温度不变的极短时段，成功地进行了应力分解。为证实岔管是否处于弹性工作状态，提出用径向截面上的应变线性分布系数作为衡量的标准。结果表明，绝大部分截面的线性分布系数均接近于1，证明了岔管整体工作性态良好以及本观测系统已经达到很高的精度。研究发现。线性分布系数是混凝土“微裂缝”发展程度的有效指示器，为今后进一步研究洞室衬砌应力增加了一条新的途径。