水工隧洞素混凝土衬砌开裂过程弹性分析

根据弹性力学理论推导了水工有压隧洞素混凝土衬砌开裂时内水压力公式,给出了开裂半径与内水压力关系式,分析了素混凝土衬砌在不同开裂阶段时的结构应力.由计算结果发现,一旦开裂裂缝就会很快贯穿衬砌,裂缝贯穿衬砌前内水压力主要由衬砌承担.     

水工压力隧洞设计与计算方法研究

采用弹性力学理论与经济性处理相结合的研究方法．对弹性力学计算公式进行了重新推导；同时采用Ansys有限元，对结构的强度和限裂要求进行分析与验算并与理论公式加以比较分析。结果表明：重新推导的计算公式更简洁、更直观、更符合实际。     

水工隧洞钢筋混凝土衬砌限裂设计试验研究

针对限裂设计研究,国内首次采用真实水压力加载的室内大比尺水工隧洞模型,试验结果有效反映了围岩与内水外渗现象对衬砌结构的影响、克服了以往采用钢毂或气囊加载方式的不足,基于模型试验结果对现行隧洞规范裂缝计算公式参数进行了修正,并与原公式及有限元的计算结果进行了对比.结果表明,修正后公式计算结果与实际情况更吻合,可为获得更合理的裂缝计算公式提供借鉴.     

层状岩体引水隧洞围岩稳定性数值模拟分析

为研究不同产状下层状岩体引水隧洞在施工中围岩稳定性特征,以青海省引大济湟部分引水隧洞为例,建立不同岩层倾角下引水隧洞的三维有限元计算模型,计算不同倾角下层状岩体引水隧洞的围岩位移、塑性区范围、最大主应力及支护结构内力的变化规律.结果表明,拱顶沉降与底板隆起在岩层倾角为45°+φ/2(φ为岩体内摩擦角)时达到峰值;0°倾...     

北方混凝土衬砌渠道苯板保温效果的数值模拟

冬季北方地区的混凝土衬砌渠道常受到基土的冻胀作用而发生破坏,从而导致水利工程不能正常发挥作用。以黑龙江蛤蟆通灌区为原型渠道,采用ANSYS有限元软件,对不同厚度保温板方案下渠道衬砌的温度及位移量进行数值模拟分析。结果表明,假设冻土为横观各向同性材料,数值模拟结果能较好地反映原型渠道的冻胀变位结果;黑龙江蛤蟆通灌区的保温板厚度在渠坡10cm、渠底12cm的情况下防冻胀效果好,且经济合理。研究结果为保温防冻设计中保温板厚度选取提供借鉴。     

输水隧洞施工过程数值模拟及参数反演

分析围岩稳定、确定合适的支护方案需确定真实的围岩参数,但开挖前很难确定围岩的参数和支护的具体方案。为此,利用有限元法模拟爆破产生的松动圈、松弛圈的状态,并结合某实际工程,分析了围岩在施工过程中的位移变化和应力变化,根据实测的收敛变形对弹性模量进行反演。结果表明,数值模拟计算值与现场实测数据拟合度较高,反演出的围岩参数可信,为施工期的安全监测和稳定运行提供了参考依据。     

TBM引水隧洞衬砌管片形式研究

管片衬砌是TBM引水隧洞的主要装配构件,其管片形式是决定衬砌结构安全与TBM隧洞推进速度的关键因素。结合某TBM压力引水隧洞,采用不同的管片形式,建立三维数值计算模型,针对常用的矩形管片衬砌与新型平行四边形管片衬砌,对比分析了典型工况（运行期、检修期）下管片衬砌的应力、管片接缝状态与连接螺杆应力等。结果表明,矩形管片衬砌的环向应力沿水流向的分布更均匀且峰值较小;运行期,平行四边形管片衬砌在接缝处的张开位移和螺杆应力分布更均匀且峰值较小;检修期,平行四边形管片间的接触压力与螺杆应力均较大。由于管片接缝位置的张开位移值安全裕度较大,可优先选取整体结构稳定性较高的矩形管片,在满足衬砌应力不超过混凝土设计强度允许值时,可选择施工进度更快的平行四边形管片。研究结果为TBM隧洞衬砌施工提供了指导。     

隧洞开挖引起地下水运动的子模型法数值模拟

基于ANSYS的APDL的二次开发,采用子模型技术处理隧洞开挖后形成的自由面.并以九里湾隧洞为例,分析了隧洞开挖后,隧洞周围孔隙水压力、渗流场流动矢量等分布特征.结果表明,在洞室开挖后形成的自由面所有节点中,洞室的四个角点处的水力梯度较大,其中边墙与顶拱的交叉处节点及边墙在底板稍往上节点处的水力梯度最大,顶拱自由面节点的平均水力梯度最小,为隧洞开挖的排水设计提供了理论依据.     

基于FLAC~(3D)的隧洞衬砌与围岩接触性状分析

为了更好地了解围岩与衬砌之间的相互作用,利用三维拉格朗日有限差分法,在商业软件FLAC3D中通过设定接触面来研究不同工况下围岩与衬砌间的接触状态及围岩与衬砌的应力、应变规律。通过数值模拟破坏性试验揭示高应力下待开挖区域变形规律,通过接触面来反映隧洞围岩和衬砌嵌入形态。模拟结果表明,岩性和开挖支护方式选择在实际地下隧洞施工中起着重要作用。     

高水头大流量泄洪隧洞水力特性数值模拟研究

采用VOF法和k-ε紊流模型对金沙江溪洛渡水电站高水头、大流量泄洪隧洞水力特性进行数值模拟,获得了泄洪隧洞的流动过程、流量系数、水面线、流速分布、压力分布、空化数分布、掺气量等水力学参数,并分析了对泄洪隧洞安全的影响.结果表明,泄洪隧洞的泄流能力满足设计要求,设计体型基本合理,龙落尾段需进一步优化,第二、三级掺气空腔的长度和高度均偏小,掺气坎两侧通风竖井的风速偏大,掺气坎需优化.     

水工有压隧洞单双筋衬砌结构弹性应力分析

根据弹性力学理论分别推导了裂缝贯穿衬砌后水工有压隧洞单双筋衬砌结构在不同内水压力下的结构应力计算公式,给出了开裂半径与内水压力的关系式并对完成的大比尺试验模型进行了理论计算.由计算结果发现,裂缝贯穿村砌后内水压力主要由围岩和衬砌内的环向钢筋承担,且在内水压力下单双筋衬砌结构的钢筋应力、围岩应力及开裂半径差异不大,表明衬砌内环向钢筋的主要作用是限制衬砌裂缝开度、确保衬砌完整性.围岩为主要承裁体.在水工有压隧洞衬砌结构中,在确保裂缝宽度下配王单层钢筋更为经济.     

用Ansys有限元程序分析水工钢筋混凝土隧洞结构

采用Ansys有限元分析水工钢筋混凝土隧洞结构，通过建立有限元模型来模拟水工隧洞衬砌钢筋混凝土结构的实际工作状态，了解结构的应力分布、裂缝宽度和钢筋混凝土衬砌中钢筋的工作状态，从而可以有针对性地提高水工隧洞钢筋混凝土结构设计的安全性与可靠性。     

基于流固耦合的高压混凝土隧洞衬砌结构配筋研究及应用

当采用面力理论计算新疆阿尔塔什水利枢纽工程的发电引水隧洞的配筋量时,衬砌含筋量巨大,与实际情况不符合。对此,采用岩体弹塑性渗流—应力—损伤耦合模型,将动态变化的体积力施加于整个模型,得出混凝土衬砌应变情况,根据衬砌应力按照现行规范进行限裂配筋。计算得出了围岩、衬砌的渗流场、应力场和相应的水力梯度以及最高外渗水头。结果表明,考虑流固耦合下的高压隧洞衬砌应力小于面力理论计算的成果,且前者计算出的混凝土衬砌配筋量远小于后者的计算结果。研究成果可为类似隧洞设计提供参考。     

非线性徐变模型在泄洪洞衬砌混凝土温控仿真分析中的应用

针对地下工程衬砌混凝土温控仿真分析中徐变变形和温度应力的关系,基于有限元分析软件ANSYS,以溪洛渡泄洪洞无压段衬砌混凝土温控仿真分析为例,比较分析了线性和非线性徐变模型计算的温度应力的差异。结果表明,当温度应力与相应龄期抗拉强度的比值小于0.5时,差异很小;但当温度应力与相应龄期抗拉强度的比值大于0.5时,差异则较显著,为地下工程衬砌混凝土温控分析提供了参考。     

边墙高度与分缝长度对泄洪洞衬砌混凝土温度应力的影响

以溪洛渡水电站无压段泄洪洞为例,采用三维有限元法仿真计算了1 m厚衬砌混凝土的温度应力,分析了不同边墙高度与分缝长度下衬砌温度应力的变化发展规律。边墙高度和分缝长度变化对温度应力的影响明显,尺寸越大,温度应力越大,衬砌混凝土越易产生裂缝,边墙高度对应力的影响略小于分缝长度的影响,边墙高度与分缝长度的比值在1.22~1.25之间时断面较为合理,可为类似工程提供参考。     

欠挖条件下导流隧洞衬砌结构应力应变分析

针对功果桥水电站导流隧洞欠挖情况,根据进口段欠挖典型断面建立了数值仿真分析模型,比较了不同欠挖程度下衬砌结构的受力特征,分析了衬砌和围岩间粘结强度对衬砌结构的影响,并采用内力法对衬砌内的配筋进行了复核。结果表明,随欠挖程度的增加,衬砌实际厚度减小;在外水压力作用下,衬砌变形逐渐增大,应力也随之增加,衬砌安全度逐渐减小;在衬砌与围岩间粘结强度为0.4MPa,且欠挖深度在衬砌厚度的40%(欠挖92cm)及其以上时,衬砌结构的安全将得不到保证;同时衬砌与围岩间粘结强度对边墙和底板的变形和应力影响较大,而对顶拱位置影响较小。     

钢筋混凝土板裂缝防治措施

分析了钢筋混凝土板裂缝的主要原因,有针对性地提出了钢筋混凝土板裂缝控制的具体措施。