输水隧洞复合衬砌结构数值模拟分析研究

以北京市南水北调东干渠输水隧洞为研究对象,采用有限元数值模拟方法,对复合衬砌结构的受力情况、安全性及极限状态进行了计算与分析.首先,采用荷载结构法,建立复合双框架结构受力模型,并将结构模型与实际地质条件相结合;其次,拟定了包括内外水压力、温度、地面荷载、地面不均匀沉降及空洞等不同荷载组合的多种计算工况,得到了不同工况下结构的应力分布规律;最后,建立了小尺度精细模型,计算外部管片连接螺栓的受力情况,并以螺栓最大拉力为判断标准,模拟了地面堆载作用下结构的极限破坏情况.通过数值模拟分析,得出不同工况下结构应力分布和螺栓最大拉力等计算结果,为输水隧洞复合衬砌结构的各种参数计算与分析模拟提供了参考.     

输水隧洞衬砌结构数值分析

衬砌设计作为隧洞设计中的重要环节,对保护隧洞长期稳定有重要作用,在初步拟定衬砌尺寸的基础上,通过理正软件对Ⅲ类、Ⅳ类和Ⅴ类围岩洞段典型断面的衬砌进行受力特性和配筋面积计算,并与Phase2的计算结果进行对比,理正计算得到的截面内侧和外侧所需配筋面积均比Phase2计算得到的截面所需总配筋面积小。     

隧洞二次衬砌结构稳定性数值模拟分析

隧洞是地下工程施工过程中最为常见的结构,为深入研究二次衬砌作用下隧洞衬砌的结构稳定性,本文采用三维有限元计算方法 ,并以某隧洞为工程背景展开了数值模拟研究,结果表明：（1）在二次衬砌施加后,隧洞开挖扰动对地层的影响可以忽略不计,但在整体稳定之后,隧洞局部应变变化规律较大。（2）施加了二次衬砌之后,地表所产生的不均沉降现象可以忽略不计,其岩土表层围岩均为0.5 mm左右。（3）隧洞最大隆起值位于洞室拱底处,其位移值在1.1 mm左右。围岩的整体变形量均较小,满足相关的工程设计要求。（4）在计算600步之前,围岩的最小主应力为-0.57 MPa,而在600步之后,其最大拉应力最终为98 kPa。     

地热输水隧洞衬砌结构受力特性及稳定性研究

青海贵德盆地存在的地热资源使得拉西瓦灌溉工程3~#隧洞产生高地温现象(实测空气温度34℃),灌区往复通水产生的高温降严重影响衬砌结构的稳定性。为此,采用三维有限差分法,结合现场监测试验数据,对该隧洞施工期和运行期衬砌结构的受力特性及其稳定性进行了研究。结果表明:较大的拉应力值使衬砌结构产生裂缝,不利于衬砌结构的稳定性;施工期衬砌结构产生纵向裂缝,运行期衬砌结构产生环向裂缝,其中有压洞易同时产生纵向裂缝;施工期6 m段衬砌结构在两端位置处产生裂缝,9 m段在中间位置处产生裂缝;运行期3 m、6 m、9 m段衬砌结构在中间位置处产生裂缝,12 m段容易在两端1/3位置处产生裂缝;衬砌分缝长度较短时,衬砌结构总体受力情况较好;工程采用分缝长度为6 m段衬砌结构,加配环向钢筋,取得较好成效。该研究成果可为未来在黄河谷地地热资源丰富地区开展相关工程提供技术支持。     

考虑衬砌和围岩相互作用的压力输水隧洞渗流特性研究

输水隧洞在高内部水压下可能发生渗流并引发破坏,为了最大限度地减少渗流损失以保证安全稳定性,输水隧洞需要建造合适的衬砌。本文使用基于ABAQUS的直接耦合方法模拟了输水隧洞的渗流作用,并评估了内部水压对多孔介质渗透率变化的影响。基于介质的弹性行为对数值解和解析解进行了验证。研究了最小化隧洞的渗流损失下衬砌内钢筋分布,结果表明,在相同的加固百分比下,混凝土衬砌中的小直径和小间距的钢筋布置可使隧洞的渗流损失量保持在较低水平。     

内水压力作用下水工隧洞管片衬砌结构数值模拟分析

隧道衬砌管片结构直接影响隧道整体安全。本文以某输水水工隧洞为研究对象,利用有限元软件建立三维模型,计算管片变形与应力、接缝变形和螺栓应力,系统分析了内水压力作用下水工隧洞管片衬砌结构受力变形规律。研究表明,管片衬砌结构在内水压力作用下主要呈现向外的变形趋势,环向应力主要以环形拉应力为主;水头高度对不同位置接缝的裂缝宽度影响较小,裂缝平均宽度与水头高度的增长呈现线性关系;同一接缝的外侧开度较大,内侧开度较小,但同一接缝的裂缝开度差值接近;螺栓对于裂缝开度具有一定的限制作用,对于不同接缝和同一接缝不同开度,接缝宽度越大,当螺栓固定程度相同的情况下,螺栓对于裂缝的限制作用越大。     

输水隧洞衬砌受力有限元分析

采用三维非线性有限元法对输水隧洞的开挖进行数值模拟,并对多个工况下衬砌受力情况进行分析。验证了设计方案的可行性,为施工提供了可靠依据,为保证隧洞衬砌结构施工和运行期的稳定性提供了有效方法。     

库尉输水隧洞减震层设计方案数值模拟研究

对于高地震烈度区的输水隧洞建设而言,采取有效的减震工程措施是极为必要的。文章以新疆库尉地区输水工程输水隧洞为例,利用有限元数值模拟方法对减震层的材料和厚度进行优化研究,结果表明库尉输水隧洞施工建设中应采用厚度为40cm的注浆减震层,获得最佳减震效果。     

不衬砌隧洞水力劈裂三维数值模拟

1　不衬砌隧洞的前景和教训挪威的水力隧洞大都采用不衬砌形式。挪威现有 77条不衬砌隧洞的压力水道 ,其中仅有 8条发生不同程度的水力劈裂、渗水事故。不衬砌隧洞或压力水道压力有的很高 ,完建Ｔｊｏｄａｎ水电站 ,其不衬砌水道的静水头高达 890ｍ ,在建的Ｎｙｓｅｔ -ｓｔｏｇｇｉｅ水电站不衬砌压力水道竟达 10 0 0ｍ[1] 。从挪威的不衬砌隧洞和压力水道的经验来看 ,不衬砌隧洞和压力水道是可行的 ,成功的。在我国 ,总的来说地质条件与挪威的相比较差一些 ,但仍有很多地质条件很好的工程 ,在这些工程中可以采用不衬砌型式 ,不仅可以省工…     

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。     

输水隧洞初期支护对二次衬砌受力影响的有限元分析

针对当前输水隧洞二次衬砌设计较少考虑初期支护的影响,文章以蒲石河抽水蓄能电站输水隧洞为例,利用基于有限元分析的荷载释放系数分析法,对初期支护对二次衬砌受力影响进行了数值模拟分析,为输水隧洞二次衬砌设计优化提供一定的理论和实践经验借鉴。     

洞顶强夯处理对已建输水隧洞衬砌结构的影响分析

引滦入津隧洞已运行30余年.近年来,随着当地经济的迅猛发展,在洞线附近建设了大型钢铁企业,并开工建设有企业专用铁路货运专线从隧洞顶部通过,该处隧洞埋深约60 m,铁路线路基础为堆积体,并拟采用强夯法进行处理.在研究强夯冲击荷载模拟方法基础上,采用有限元法对隧洞洞顶强夯施工对隧洞衬砌结构的影响进行仿真计算.结果表明,洞顶...     

输水隧洞预应力混凝土衬砌锚具槽优化设计分析

锚具槽是输水隧洞预应力混凝土衬砌中预应力钢筋张拉与锚固的关键部位,其对预应力混凝土衬砌的可靠性具有重要影响。为探究衬砌结构采用预制装配式免拆模板锚具槽后局部受力状态,依托珠江三角洲水资源配置工程,采用有限元方法开展数值模拟分析,将其与常规锚具槽的受力状态进行了对比。模拟结果表明：免拆模板锚具槽可有效避免混凝土衬砌沿锚具槽角部开裂,提高回填混凝土与衬砌结构混凝土的粘结锚固性能。与常规锚具槽对比,预制装配式免拆模板锚具槽减小了槽口尺寸,提高了混凝土衬砌的整体性,具有施工效率高、工程造价低、施工环境好等优点。     

水工输水隧洞衬砌结构裂缝成因及预防

文章以研究水工输水隧洞衬砌结构的裂缝形成机理及温度裂缝灵敏性为主线,选取沈阳水工输水隧洞衬砌工程为研究载体。依次分析隧洞衬砌的裂缝形式及推断形成机理、分析温度裂缝与通过有限元分析建立模型并长期追踪温度、温度应力变化及对应关系来探讨混凝土温度裂缝的灵敏性,验证了水工输水隧洞衬砌裂缝形成原因的推断正确性。为了防止裂缝的形成,具体温控防裂措施总结如下3点:①在水工输水隧洞衬砌施工期间,分缝分块必须合理,选取低水化热水泥类型来降低温度应力,预防早期裂缝的形成;②在水工输水隧洞衬砌投入使用期间,上述分析温度应力变化受水温影响较大,所以取水时应采取相应措施降低水温周期内变化值,温度维持相对恒定后方可流入输水隧洞中;③对于投入使用的输水隧洞应定期停水检查混凝土衬砌是否有裂缝,对于有裂缝的情况应立即采取合理的措施进行修补,避免带裂缝运行,造成安全隐患。     

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。     

输水隧洞衬砌温度裂缝调查及处理

以青山水库输水工程输水隧洞为例,对衬砌混凝土温度裂缝进行调查分析,根据调查结果,认为混凝土干缩性、混凝土施工期内部温度过高以及后期急剧降温是导致衬砌裂缝的主要原因.在裂缝主要诱因分析的基础上,对衬砌温度裂缝进行分类,并提出不同的处理措施.认为A类裂缝不需要处理,B类裂缝进行表面修补封闭,C类裂缝进行化学灌浆和表面处理的...     

输水工程小断面隧洞衬砌施工

贵州省夹岩黔西北供水工程支渠上的隧洞断面较小,不同于枢纽或干渠中的大断面隧洞,隧洞断面小加大了混凝土衬砌施工难度和影响施工进度,为方便快速完成隧洞的衬砌,结合现有条件总结出一套具有可实施性的施工方法,文中详细介绍了施工过程及方法.     

系统锚杆被动约束加固输水隧洞缺陷衬砌研究

针对输水隧洞施工中几乎不可避免的衬砌缺陷及其负面影响,进行衬砌结构补强加固研究具有重要的理论和实践价值。文章以白石隧洞工程Ⅴ类围岩衬砌缺陷洞段为例,从相关理论和工程实际出发,提出了系统锚杆被动约束加固措施,并利用数值模拟计算的方式说明加固方式的有效性,建议在工程设计中采用。