基于不同碰撞模型的流冰—输水隧洞碰撞动态响应研究

位于西北寒区的输水隧洞在流冰期输水时会受到流冰不同程度的撞击作用.由于流冰与隧洞衬砌撞击时水介质会对其撞击结果产生一定的扰动性,因此,为了研究水介质对于中小型流冰撞击结果的影响作用,以引大入秦工程盘道岭37#隧洞为研究对象,分别建立基于附加质量法以及流固耦合法的流冰-输水隧洞碰撞模型,结合有限元软件LS-DYNA,对流...     

输水隧洞内压作用下衬砌结构破坏分析

为了避免输水隧洞混凝土衬砌在运行中可能会出现不同程度的开裂破坏现象。为评价衬砌结构安全性,有必要开展输水隧洞混凝土衬砌结构的开裂分析,并揭示其裂缝开展及分布规律。以华东地区汤浦水库有压输水隧洞为例,建立隧洞围岩-衬砌结构非线性有限元模型,研究在内水压力等荷载综合作用下衬砌结构的应力、变形状态,并通过分级加载揭示了衬砌结构在内水压力作用下的破坏模式。研究结果表明:在高内压作用下,混凝土衬砌首条裂缝出现在衬砌结构的几何转角区域;由于受裂缝区域应力释放的影响,后续裂缝开展呈现出近似对称的规律。因此,在衬砌结构设计和安全运行监测时应对结构几何转角区域给予足够重视。     

水深及衬砌弹性模量对水工隧洞动位移的影响

考虑水工隧洞在不同的输水深度和衬砌弹性模量条件下的地震动力响应变化规律,对研究水工隧洞在地震激励作用下的变形破坏机制非常重要。根据黏弹性人工边界和地下结构抗震计算理论,选取合理的材料参数和模型边界条件,应用ANSYS建立了某水工隧洞的三维有限元模型,对其施加拟合后的人工地震波,并采用瞬态分析法计算了隧洞结构模型在不同输水深度和衬砌弹模下的动位移变化规律。结果表明:输水深度在一定程度上可以改变水工隧洞抗震性能,水工隧洞随着输水深度的增加,水平位移和竖向位移受影响的程度有明显的区别,水平位移先增加后减少,竖直位移无明显规律;衬砌弹性模量能够在很大程度上影响水工隧洞的抗震性能,各参考点的水平位移随着衬砌弹性模量的增加呈现出先减小后增加,大部分参考点的竖直位移都在增加;水工隧洞在地震发生后其拱顶及拱肩受影响程度比较大,在水工隧洞设计中应特别关注。     

考虑局部渗漏影响的黄土输水隧洞力学行为研究

黄土含水率变化时其力学性质改变明显,对黄土地区建筑物的力学行为造成影响。为了研究黄土地层不同浸水工况对输水隧洞衬砌力学行为的影响规律,依托于榆林黄河东线马镇引水工程神木支线的输水隧洞项目,采用数值模拟方法,假定了5种地层浸水工况,对黄土地区输水隧洞渗漏引起的衬砌力学行为进行了系统研究,从位移、地表沉降及衬砌结构的应力三个方面进行了综合分析。结果表明:输水隧洞的局部渗漏对围岩及隧洞水平位移的影响较小,对竖向位移的影响较为明显;局部渗漏情况对地表沉降的影响随着渗漏位置埋深的增大而逐渐减小;局部渗漏会引起发生渗漏一侧衬砌结构较大的应力,应注意对可能发生渗漏情况处的衬砌结构进行加固及防护。研究结果可对黄土地区输水隧洞的渗漏防护提供参考。     

地震波入射角对输水隧洞地震响应的影响

在均质围岩条件下,结合大伙房输水隧洞二期工程,对输水隧洞混凝土衬砌层进行了地震响应分析。结果表明:随着地震波入射角的增大,衬砌层的径向应力先增大后减小,当地震波入射角为45°时,径向应力最大;环向应力逐渐减小,当入射角为90°时,环向应力趋向于0;纵向应力逐渐增大,当入射角超过75°时,衬砌层的纵向应力超过环向应力。当地震波入射角为45°左右时,衬砌层径向、环向和纵向的动应力均较大,衬砌层的地震响应最不利。     

衬砌混凝土等级对输水隧洞地震响应的影响研究

我国属于多地震国家,开展输水隧洞等水利工程设施的抗震性能研究具有重要意义。文章以辽宁省柴河供水工程输水隧洞为工程背景,通过ANSYS有限元分析的方法,对衬砌混凝土等级对输水隧洞地震响应的影响进行数值模拟研究,结论显示提高输水隧洞混凝土衬砌的等级,会使地震应力作用下的输水隧洞应力增大,不利于隧洞本身抗震性能的改善。因此,建议采用C25混凝土进行输水隧洞衬砌施工,同时结合外部抗震带等其他工程措施,改善输水隧洞的抗震性能。     

衬砌混凝土等级对输水隧洞地震响应的影响研究

中国属于多地震国家,开展输水隧洞等水利工程设施的抗震性能研究具有重要意义。文章以辽宁省柴河供水工程输水隧洞为工程背景,通过ANSYS有限元分析的方法,对衬砌混凝土等级对输水隧洞地震响应的影响进行数值模拟研究,结论显示提高输水隧洞混凝土衬砌的等级,会使地震应力作用下的输水隧洞应力增大,不利于隧洞本身抗震性能的改善。因此,建议采用C25混凝土进行输水隧洞衬砌施工,同时结合外部抗震带等其他工程措施,改善输水隧洞的抗震性能。     

基于衬砌混凝土等级对输水隧洞地震响应影响数值模拟

文章以柴河水库为例,采用ANSYS有限元分析法数值模拟了供水工程输水隧洞地震响应受衬砌混凝土等级的影响规律。结果表明：提高输水隧洞衬砌混凝土等级可能会增大其地震应力,对抗震稳定性有不利影响,其最优等级为C25,具有适度的强度和韧性,能够提供良好的抗震稳定性;通过外部抗震带等措施有利于提升输水隧洞整体抗震性能,减少地震作用下的应力集中问题。     

地铁上穿输水隧洞的动力响应分析与加固技术研究

为分析地铁上穿输水隧洞的动力响应,本文基于深圳市地铁10号线上穿东江水源工程清水河隧洞建立了交叉区间的有限元模型,对地铁施工、列车单次运行及其长期效应三个工况进行了分析。结果表明：地铁施工期对输水隧洞衬砌应力、位移的影响较小,列车单次运行造成输水隧洞衬砌振动的加速度与速度最大值在振动控制标准内,均不影响隧洞日常运行;但列车运行长期效应将在输水隧洞起拱线处产生损伤累积,将导致理论预期使用年限小于其设计使用年限。经研究在输水隧洞衬砌内表面粘贴钢板加固后,隧洞的损伤累积明显减缓,可有效延长其理论预期使用年限,加固效果显著。     

水利输水隧洞二次衬砌计算

衬砌结构通常采用钢混结构,衬砌厚度和配筋等参数往往从工程安全角度考虑不同围岩类别和荷载加以确定。文中主要通过结构计算和分析并结合具体工程,研究输水隧洞外部荷载的确定以及在其影响下,隧洞的衬砌结构计算。     

黑龙江上游开江期河道特征对流冰速度的影响

为探究黑龙江上游江段开江期流冰速度沿程变化规律和运移过程，通过抛投微型冰浮标定位器进行流冰追 踪试验，分析黑龙江干流开江期流冰速度分布特征及河道形态对流冰速度的影响规律。结果表明：2019 年开江期 距黑龙江干流源头 69~692?km 河段流冰速度分布为 0.79~3.56?m/s，平均速度为 1.65?m/s，流冰速度与河道宽度、河 道弯曲系数呈负相关关系；在弯曲河段、江心岛河段和弯曲分汊型河段流冰速度降低趋势明显，且河道特征对流 冰速度的影响依次减弱。流冰速度沿程分布规律可为冰坝预测及预防凌汛灾害提供数据支持，研究成果对寒区 河流治理具有十分重要的意义。     

冲击作用下混凝土板-缓冲层组合结构动力响应

钢筋混凝土板-缓冲层组合结构常用于落石灾害防治。为研究此类结构在落石冲击作用下的动态响应,基于ABAQUS有限元,以缓冲层厚度、落石冲击速度为参变量,开展了冲击力、缓冲效果、钢筋混凝土板损伤的数值模型研究。结果表明：冲击过程中,落石与缓冲层表面的名义冲击力远大于缓冲层与混凝土表面的真实冲击力,在缓冲层为0.6 m,冲击速度分别为20,15,10 m/s时,冲击力衰减率分别为42.0%,42.0%,40.0%;与目前典型冲击力计算模型对比分析发现,在不同冲击速度下,冲击力与冲击速度呈正相关。研究结果与日本公式及隧道手册计算公式的基本一致。对混凝土板位移分析表明：在一定的缓冲层厚度下,随冲击速度的增大,永久变形增大,回弹量占总变形比例较小;最大损伤范围与缓冲层厚度关系不明显。在缓冲层厚度相同的情况下,冲击中心对应的板面与损伤外边缘连线形成的损伤锥锥角介于30°~ 45°。冲击速度很大程度上影响损伤程度和损伤范围。研究结论对落石防护结构的合理设计具有重要指导意义。     

基于三维非稳定渗流分析的隧洞开挖地下水环境影响评价

水利工程中隧洞施工通常采用全部开挖完成再衬砌的方法。如针对开挖施工的短暂状态采用稳定渗流计算分析其对地下水环境的影响,并不符合实际,且往往会夸大地下水位降落的幅度和影响范围,因此采用非稳定渗流数值模拟技术来评价将更为合理。以某水电站发电引水隧洞施工为例,采用饱和-非饱和非稳定渗流理论,建立了引水隧洞区域的三维有限元模型,对隧洞开挖过程中区域地下水非稳定渗流场进行了数值模拟,总结分析了隧洞从开始挖掘到贯通过程的地下水变化规律并进行地下水环境影响评价。结果表明:采用三维非稳定渗流分析预测隧洞开挖过程中地下水位降落和降落漏斗扩大的过程是可行的;该工程引水隧洞开挖对该区域地下水影响较小,地下水补排关系总体无变化。     

导流隧洞衬砌结构计算分析研究

导流隧洞广泛应用于工程建设中,钢筋混凝土衬砌支护是导流隧洞的主要支护方式。目前,中国国内大部分工程导流隧洞衬砌配筋方案值得商榷。文章对导流洞衬砌结构的受力特点进行了分析研究。研究表明只要采用先进的设计理念和有效的工程措施,就能减小衬砌厚度和钢筋用量。     

高爆速炸药防治岩爆在下坂地水利枢纽隧洞开挖中的研究与运用

下坂地水利枢纽工程地处中国西部帕米尔高原,临近地震活动带并处于高地应力区。导流泄洪洞和引水隧洞穿越岩体受该区域地形地貌及岩体地质结构影响,导流隧洞局部洞段遭遇了岩爆,引水隧洞大部分洞段均遭遇了岩爆。文章介绍了导流隧洞和引水隧洞所处地理地质特点、岩爆的特点、应对岩爆处理施工措施,通过炸药爆炸机理选择爆速值大的炸药进行应力解除和降低围岩应力,实施效果良好。     

旋流式竖井泄洪洞消力井井深优化研究

旋流式竖井泄洪洞是导流洞改建为泄洪洞的一种有效方式，采用消力井衔接竖井与导流洞，具有体形简单、安全可靠等特点，但其体形对导流洞的水流流态有直接影响，最优化研究的重点之一。来此，在《小湾水电站大型导流洞改建泄洪洞研究》的基础上，针对小湾水电站水头高、流量大的泄洪特点，通过试验研究，对比分析了不同井深方案消力井底板冲击压强的分布特性和井深对消能率的影响，提出消力井的合理井深为竖井直径的0．7－1倍。     

滚石的运动速度与冲击力关系的试验研究

研究滚石运动速度与冲击力之间的关系,对于滚石灾害的预防和整治有着重要的意义。滚石冲击力的影响因素众多,其中滚石运动速度的影响较大。通过室内滚石撞击试验,即大理石圆球分别撞击3种不同材料的长方体面板,然后以传感器记录滚石撞击时的冲击力,以摄像机记录滚石运动过程,从而计算得到撞击时滚石的瞬间运动速度,然后观察试验现象并获得相关数据,分析二者的相互作用关系并研究其变化规律,发现滚石运动速度V越大,滚石冲击力F也越大。根据试验结果和数据的拟合,得出两者呈幂函数关系,即F与V的1.35次方成正比例。     

基于地应力实测与能量判据的深埋隧道岩爆预测

根据巴基斯坦N-J水电站TBM引水隧洞地质构造和岩体赋存状况,采用套孔应力解除技术对深埋TBM隧道进行了现场地应力实测,进而依据地应力场分布差异将其分为构造和非构造应力影响区。岩石力学室内试验结果表明:砂岩的储能极限对卸载速率不敏感,在一定初始围压下基本为定值。在此基础上,从岩爆能量角度采用数值模拟分析揭示深埋隧道围岩能量分布变化规律,预测不同埋深、不同地应力场条件下隧洞岩爆的级别及规模范围。研究成果可为深部地下工程岩爆的预测提供一种新的思路。     

引水隧洞进口明满流数值模拟

以雪山水库引水坝调洪演算成果和工程投资估算为依据,拟定引水隧洞断面尺寸和引水坝水位,校核水位2 449.99m时,引水隧洞出现了明满交替流流态。采用有限体积法,运用计算流体力学数值模拟软件FLUENT对不同进水口型式的引水隧洞进口段进行数值模拟。在此基础上,比较引水隧洞在明满流流态下不同进水口型式的洞内脉动压强和水流速度沿水流方向变化情况,分析得出喇叭型进水口可更好的改善过流条件,减小明满流的不利影响。