基于孔洞应力解析逼近解的深埋管道围岩稳定性分析

地下深埋管道在不同工作状态下的安全和稳定性一直受到工程技术人员的关注。应用平面孔洞应力解析逼近解理论，对3种不同工作压力下某深埋管道围岩应力和稳定性进行计算分析。计算结果表明，最大内压下洞室顶部和底部的大主应力小，侧壁应力大，角点处出现应力集中；塑性区的范围主要出现在洞室顶部和底部附近区域，且上下对称，明显形成压力拱。不同压力下，洞室顶部和底部应力随内压的增大而增大，而侧壁应力随之逐渐分布均匀；塑性区主要出现在洞室拱顶和底板区域，塑性区范围随压力增大而增大。计算结果为深埋管道围岩稳定性分析提供新的计算途径，为不同工作状态下管道的安全性提供理论支撑。     

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。     

钢衬钢筋混凝土岔管三维非线性数值分析

将混凝土损伤塑性模型引入钢衬钢筋混凝土岔管结构的非线性研究中:首先根据仿真结构试验模型建立了三维有限元模型,并将计算结果与模型试验进行了比较;然后对钢衬与混凝土之间边界连接方式以及径向缝隙值进行比较分析。结果表明,计算结果与试验结果较为一致;钢衬与混凝土之间的连接方式对结构的受力和裂缝宽度有一定影响;径向缝隙值的大小对岔管结构的受力以及混凝土的损伤开裂及裂缝宽度的影响最为明显。     

复杂地质条件下大型地下洞室群围岩稳定性研究

断层等软弱地质结构面是控制地下洞室群围岩稳定的主要因素。以某水电站大型地下厂房为例,采用三维非线性有限元法分析了地下洞室群的围岩稳定,建立了考虑优势断层结构面的地下洞室群三维有限元模型,对比分析了有、无支护方案下洞周围岩位移场、应力场及塑性区分布。结果表明,洞周围岩变形受断层影响显著,断层贯穿部位多发生应力突变,断层出露部位塑性区分布范围较大;施加支护方案后,围岩变形得到了有效控制,应力集中和围岩塑性区分布范围均有所减小。     

水电站地下厂房对洞室围岩地震反应的影响

结合某抽水蓄能电站地下厂房工程,建立全机组段地下厂房与洞室群的耦合地震反应时域数值仿真模型,考虑初始地应力、分部开挖与柔性支护以及岩体的材料弹塑性,分析了厂房混凝土结构的存在对洞室围岩的地震位移、速度、加速度、塑性区等反应特征的影响.结果表明,厂房混凝土结构与围岩的相互作用对洞室围岩的地震反应影响不大,对围岩塑性区的发展起到了一定的约束作用,有利于洞室的安全.     

地下厂房尾水洞围岩开挖稳定模拟分析

借助ABAQUS软件的前后处理和计算模块,引入埋入式离散锚杆模型,考虑洞室开挖过程中应力分期释放,分析了侧压力对地下洞室围岩稳定的影响.计算结果表明,随着侧压力系数的增加,洞室边墙和底板处的位移、围岩塑性区和支护应力逐渐增大,而顶拱处塑性区和支护应力也逐渐增大,但位移变化趋势不明显.     

考虑摩擦接触特性的钢衬钢筋混凝土管道承载机理研究

采用库伦摩擦接触模型模拟钢衬与外包钢筋混凝土间摩擦接触特征,建立了李家峡水电站坝下游面钢衬钢筋混凝土管道结构模型,系统研究了内水压力作用下外包混凝土起裂荷载、裂缝扩展、管道变形、钢衬与钢筋应力分布特征等承载性能规律。结果表明:考虑钢衬与外包混凝土间的摩擦接触机制时,混凝土裂缝扩展规律与模型试验吻合更好,钢衬应力更为均匀,混凝土裂缝宽度普遍在0.3~0.4 mm,明显大于不考虑摩擦接触特性结果;随着钢衬与外包混凝土间摩擦系数的增加,管顶附近的变形不均匀程度逐渐增加,钢衬应力不均匀程度增加,不利于发挥钢衬的承载性能,但同时上半周裂缝处的钢筋应力峰值明显减小,应变不均匀程度减小,说明摩擦系数的增加有利于裂缝控制。     

地下厂房施工过程的三维非线性数值模拟分析

根据冗各电站地下厂房开挖支护的施工顺序,以隐式杆单元模拟锚杆,以壳单元模拟混凝土喷层,采用三维非线性有限元技术,对洞室群的开挖支护动态过程进行了模拟计算。通过三维非线性有限元计算分析得到:洞室群动态开挖过程中围岩应力变形的分布规律,围岩塑性区的发展规律,锚杆受力变化情况。计算结果表明:整个开挖过程中,洞周围岩位移变化规律正常,量值较小,塑性区主要分布在洞室周边,围岩稳定性较好;但在洞室交叉口处围岩的变形较大,出现较大范围的塑性区,在此基础上提出了支护措施优化方案,并对优化方案的效果进行了评价。     

地下高压管道的联合承压计算

本文推导了地下高压管道中钢衬、衬砌混凝土和围岩在施加内压的各个阶段中应力和位移的计算公式，这些公式适用于不同层间缝隙以及衬砌混凝土与围岩存在不同径向裂缝的情况，亦可应用这些公式计算混凝土与围岩产生径向裂缝时的临界内水压力和裂缝的开裂区半径，与同类计算公式相比，其精确性更高，适用性更广。     

平江浅埋地下储气实验库力学响应数值分析

根据压气储能电站地下储气库内压缩空气压力和温度的变化特点,采用热-力耦合理论研究了平江浅埋地下储气实验库充放气循环作用下实验库各结构层的温度、应力和变形的空间分布和变化过程,探讨了密封层材料特性对实验库受力特性的影响。结果表明:压缩空气与密封层之间的热交换作用将引起密封层和混凝土内衬温度产生较大变化,而围岩温度变化相对较小;充放气过程中,实验库各结构层应力和位移呈现显著性的周期性变化;密封层材料性能差异对密封层、混凝土衬砌和围岩的受力特性有显著影响,推荐平江浅埋地下储气实验库密封层材料采用玻璃钢。     

中东某抽蓄地下厂房洞室群地震动力响应分析

针对中东某抽水蓄能电站地下厂房抗震稳定性问题,以掌握地下厂房洞室群围岩地震动力响应为目标,采用动力时程分析方法,依据当地及欧洲标准,对该地下厂房洞室群地震响应进行三维非线性数值模拟,分析了洞室围岩加速度、位移、塑性区、应力分布特征及支护受力特征。结果表明:在地下厂房洞室群围岩开挖面上,围岩的加速度会表现出明显的放大效应,且结构面上会加剧加速度响应;位移时程响应与输入地震荷载位移时程曲线形态一致,但在幅值和相位上有一定差异;围岩相对变形、残余变形较大的部位与加速度放大系数较大的部位一致,围岩塑性区和应力松弛区增加较为明显的部位与加速度放大系数较大、相对变形和残余变形较大的部位基本一致;在地震作用下,围岩支护结构受力增长较小,锚杆受力超过300 MPa的百分比与围岩变形、塑性区的发展规律一致。研究成果对地下工程围岩抗震稳定性分析和抗震设计具有参考价值。     

抽水蓄能发电工程引水系统下平段钢衬受力敏感性分析

抽水蓄能电站引水系统下平段由于承受的内水压力过大,多采用钢衬。结合已建抽蓄电站引水压力管道的监测资料,通过FLAC~(3D)软件对不同缝隙值、混凝土强度、钢衬壁厚、围岩抗力系数的敏感性分析进行研究分析,结果表明:(1)内水压力作用下,缝隙值对钢衬的变形和应力影响最为显著,混凝土垫层和钢衬壁厚次之;(2)围岩的强度变化对结果影响不明显,敏感性低;(3)钢衬壁厚增可减少钢衬的变形和环向应力,但减少的幅度不显著,壁厚存在优化的空间较大;(4)回填混凝土的施工质量是影响围岩分担比例的最主要因素之一,其致密和完整性显著影响着内水压力传递。建议在工程实践中,对于不存在明显地质缺陷的围岩,应寻找更好的施工工艺提高混凝土回填的质量,减少钢衬和混凝土、混凝土和围岩之间的缝隙,而不是全面采用高压固结灌浆。     

地下高压管道的联合承压计算

本文推导了地下高压管道中钢衬，衬砌混凝土和围岩在施加内坟的各个阶段中应力和位移的计算公式，这些公式适用于不同层间缝隙以及衬砌混凝土与围岩存在不径向裂缝的情况，亦可应用这些公式计算混凝民围岩产生径向裂缝时的临界内水压力和裂缝的开裂区半径，与同类计算公式相比，其精确性更高，适用性更广。     

结构非线性特性对金属蜗壳结构应力影响分析

应用ABAQUS有限元软件,结合实际工程,对不同埋设方式蜗壳进行了三维非线性有限元计算,分析了各种结构的非线性特性对蜗壳结构受力状态的影响。结果表明,垫层蜗壳结构中,接触非线性特性考虑与否对数值分析结果影响较大,而是否考虑混凝土的开裂非线性则影响较小;直埋蜗壳结构中,混凝土采用弹塑性模型时,钢衬应力水平相比采用线弹性模型可提高50%以上,混凝土结构开裂非线性对数值分析结果影响明显,而是否考虑钢衬与混凝土间接触非线性特性,则对数值分析结果影响较小。明确各种结构非线性特性对数值计算结果的影响程度,能便于工程设计人员更为有效地利用数值分析手段进行蜗壳结构设计。     

基于FLAC3D的层间错动带对大型地下洞室地震响应影响分析——以白鹤滩水电站为例

为揭示大型地下洞室群地震响应机制，以西南地区白鹤滩水电站大型地下厂房洞室群为研究对象，运用有限差分数值模拟软件FLAC3D,建立了13号机组剖面数值分析模型，基于弹塑性本构关系，采用动力时程分析方法，研究了地下厂房洞室群在有、无层间错动带条件下围岩地震响应的加速度、变形、应力、塑性区等特征。结果表明：(1)有层间错动带条件相比无层间错动带条件，洞室群围岩的响应加速度峰值和围岩变形值分别增加了2%～34%和18%～63%;(2)层间错动带对震后围岩应力状态有一定影响，与无层间错动带条件相比，有层间错动带条件下的围岩拉应力区范围明显增大；(3)在有层间错动条件下，由开挖和地震产生的塑性区面积分别为8 684 m²和975 m²,均大于无层间错动带条件的7 103 m²和888 m²。在地下洞室的抗震设计中，层间错动带对大型地下洞室地震响应的影响不可忽视。     

塑性混凝土单向受压应力-应变关系的试验研究

通过棱柱体试件的单向受压试验,研究了水胶比和龄期对塑性混凝土单向受压的应力-应变曲线的影响。研究结果表明,单向受压下塑性混凝土的峰值应力随水胶比增加而减小,随龄期的增加而增大,其峰值应变基本在3.000με以上,平均值为3.528με;塑性混凝土应力应变曲线上升段斜率、下降段曲率及陡峭程度均随水胶比的减小或龄期的增加而增大;塑性混凝土单向受压中吸收的能量随峰值应力的增加而线性增加。通过对试验结果的分析,建立了塑性混凝土弹性模量、吸收能量、应力-应变曲线参数a1和a2与峰值应力间的关系式及峰值应力、a2与水胶比和龄期间的关系式。在此基础上,提出了考虑水胶比和龄期影响的单向受压下塑性混凝土应力-应变关系数学表达式。     

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。     

垫层蜗壳结构中钢衬-混凝土间的接触状态：有限元分析

水电站蜗壳采用垫层埋设技术时,软垫层会削弱混凝土对钢蜗壳的包裹和嵌固作用,影响两者间的接触状态,甚至引起脱空现象。本文首先从结构静力分析的角度定性解释钢衬-混凝土间出现脱空状态的潜在原因;而后借助非线性有限元数值模拟技术,研究可能影响两者间接触状态的结构性因素。结果表明,钢衬-混凝土间较小的摩擦系数、子午断面内垫层较大的铺设包角和垫层较小的压缩刚度是削弱混凝土包裹和嵌固作用的3个主要结构参数,但前两者在常规工程取值范围内的变化不会对钢衬-混凝土间的接触状态产生质的影响;相对而言,垫层压缩刚度对其的影响更为敏感。从保证钢衬-混凝土组合结构的整体性看,设计中适当折减垫层刚度是一种折衷但有益的技术手段。     

某电站地下洞室群围岩稳定及支护效果数值分析

利用三维拉格朗日有限差分法,研究了某电站地下洞室群围岩稳定性,模拟了洞室开挖过程和支护过程,分析了洞室群围岩的变形形态、应力状态和塑性区分布。最后,综合评价了某电站地下洞室群围岩稳定性。     

两河口地下厂房洞室群围岩稳定性三维有限元分析

在岩体结构模型概化的基础上,采用三维有限元方法,系统地研究了两河口地下厂房围岩变形特征、围岩应力状态以及破坏区分布及塑性体积变化特点.重点计算、比较了支护前后及考虑渗透情况下地下洞室群围岩应力、变形和破坏区分布及塑性体积特征和变化规律,为洞室群稳定性评价和工程施工设计提供了参考依据.