高地温引水隧洞围岩热——应力耦合分析

针对新疆某高地温环境下的圆形隧洞,采用有限元分析程序,分别对不同围岩半径下的温度场分布进行模拟,并以不同围岩半径下围岩与支护接触面处的温度作为围岩合理计算范围取值的参考,结合有关理论分析的结果,确定出围岩最佳计算半径。在此基础上进一步研究隧洞施工期围岩温度、应力和位移场在热—应力耦合作用下的分布问题。研究结果表明,当围岩外部温度为80℃、隧洞内部温度为5℃时,隧洞开挖后考虑温度和应力共同影响下的围岩最佳计算半径为24 m。隧洞围岩温度沿围岩厚度方向呈非线性递增变化。与常温(20℃)情况相比,高地温的存在会使隧洞围岩最大主应力减小,同时也会在隧洞拱顶和底拱处产生拉应力。     

高地温水工隧洞围岩喷层结构承载特性研究

为研究水工隧洞在高地温复杂环境下喷层结构的受力特性,以新疆某高地温引水隧洞为依托,采用理论分析和数值模拟的方法,对高地温引水隧洞喷层结构的受力特性进行了研究,并分析了线膨胀系数、围岩不同深度温差以及地应力水平侧压力系数对隧洞喷层结构受力特性的影响。由计算结果可知:在高地温情况下,理论计算的径向压应力最大值为2.07 MPa,环向压应力最大值为35.37 MPa;数值模拟的径向压应力最大值为4.36 MPa,环向压应力最大值为34.37 MPa。通过对比发现:理论计算的径向位移最大值为1.2 mm,环向位移最大值为0.75 mm;数值模拟的径向位移最大值为2.1 mm,环向位移最大值为0.95 mm。数值模拟的结果表明:隧洞围岩喷层结构承受的应力随着线膨胀系数增加会增大;喷层的拱顶与拱底处承受的环向应力随着温差的增加会增大,喷层的拱腰处承受的环向应力随着温差的增加会减小;喷层结构承受的应力随着地应力水平侧压力系数的增加会增大。     

水工压力隧洞含水围岩的弹塑性应力分析

本文依据《水工隧洞设计规范SD134—84》,将外水压力作为场力处理,系统地讨论了水工压力隧洞含水围岩渗透水压力分布规律,建立了隧洞含水围岩在施工期和运行期的弹塑性应力分析方法,给出了相应的解析计算公式。     

高地温水工隧洞围岩塑性区特征及其锚固力学特性分析

为探究高地温下水工隧洞开挖后锚杆轴力分布、不同时间和不同温度下围岩塑性区特征,以新疆某水电站引水隧洞高温洞段为研究对象,以现场监测的温度数据和锚杆轴力数据为基础,基于Dracker-Prager本构模型,采用有限元法对高地温水工隧洞施工期的温度-应力耦合场进行围岩塑性区模拟分析。结果表明,高地温水工隧洞中各锚杆轴力均为拉应力,随时间不断增大,曲线斜率逐渐减小,各锚杆轴力最大处位置有所不同,但各锚杆在第8 d后前端轴力增长明显减缓;随着时间的推移,围岩塑性区向上下扩展,且塑性区厚度增加,塑性应变值逐渐增大;围岩初始温度越高,开挖后洞壁与内部围岩的温差越大,温度应力对围岩塑性区的影响越大;围岩的温度越高,塑性区更容易在拱肩处向围岩深处恶化发展。     

高地温水工隧洞节理围岩温度场及塑性区特性研究

高温效应及其围岩节理结构特征对隧洞稳定的影响是高地温隧洞设计的关键问题。文章基于高地温隧洞现场温度及位移数据,分析高地温隧洞节理围岩温度变化特性。同时采用离散元方法模拟不同高温、不同节理结构特征隧洞围岩温度场、位移场规律及塑性区分布范围。结果表明：相对于完整围岩,节理围岩减少了隧洞围岩变温区的面积,并且节理倾角越靠近水平方向或竖直方向对温度场的影响越大。节理围岩在一定程度上可阻止变形位移量。热力耦合作用下节理围岩塑性区面积仅是地应力作用下塑性区面积的2倍左右,且节理倾角与竖直方向夹角越小,节理围岩的塑性区面积越大。当节理倾角为90°时,节理围岩的塑性区面积最大。     

反复温度-应力耦合作用下引水隧洞变形特征

深埋引水隧洞在通过高地温区域时,伴随着开挖卸荷—通风降温—通水运行的全过程,隧洞围岩将经历反复的温度-应力耦合作用,使得围岩的变形破坏更为复杂。对齐热哈塔尔水电站深埋引水隧洞高地温洞段进行三维数值分析,详细研究了围岩在经历开挖、两次降温以及内水压力共同作用的全过程变形特征,比选了衬砌设计方案。结果表明:温度对围岩径向深度5 m范围内影响很大,此范围内围岩在经历反复温度-应力耦合作用后,不仅位移明显增大,而且可能会加重岩体损伤程度,但一定的内水压力有利于围岩稳定;施做二次衬砌能控制围岩变形,使原本隆起的拱脚变为下沉,但是仅通过增加二次衬砌厚度来抑制围岩变形和改善衬砌应力的作用是有限的。     

基于数值模拟的水工隧洞围岩变形规律研究

为研究水工隧洞围岩变形特性及合理的计算方法,本文依托某实际引水隧洞工程,采用数值模拟分析该引水隧洞围岩应力和变形规律。结果表明：隧洞的变形主要集中于拱顶和拱底位置处,拱顶位置下沉较大,拱底发生隆起变形,最大变形量为0.1m,实际工程中应重视拱顶支护,以防掉块和塌方事故;隧洞开挖过程中,由于应力集中,主应力的最大值主要出现于隧洞的底角位置处。此外,在侧墙和洞顶交界处应力相对较大,应力分布规律与实际情况比较吻合;采用HSS模型能够考虑土体的硬化特征,且得到的计算结果与实测数据最吻合。工程中优先考虑采用HSS模型进行水工隧洞的设计和计算。     

复杂围岩有压隧洞应力变形有限元仿真分析

以摩洛哥某水电站具有复杂围岩条件的有压引水隧洞为例,选取围岩条件最差的隧洞断面,运用非线性有限元法,对隧洞开挖、衬砌及运行过程中的应力变形进行了有限元仿真分析,探讨了复杂围岩条件下有压隧洞施工期及运行期应力变形的分布与变化规律。     

水工隧洞围岩分类的人工神经网络方法研究

本文应用人工神经网络原理解决水工隧洞围岩分类这一非线性和不确定性较大的实际问题,通过建立隧洞围岩的力学指标和环境因素的BP判定模型,为水工隧洞围岩分类提供可靠的途径。     

隧洞开挖围岩变形与破坏的分析

地下开挖后,岩体中形成一个自由变形空间,使原来处于挤压状态的围岩,由于失去了支撑而发生向洞内松胀变形,如果这种变形超过了围岩本身所能承受的能力,则围岩就要发生破坏,并从母岩中脱落形成坍塌、滑动或岩爆。本文通过工程实例结合理论着重对不同类型结构的岩体的变形及破坏特点进行分析,确定不同的支护方案,且及时有效地实施,防止变形及破坏扩大,保证隧洞的正常施工。     

超高地温条件下引水隧洞施工关键技术探讨

娘拥水电站引水隧洞全长15 406 m,马蹄型断面。在1#支洞及该支洞下游主洞开挖过程中遭遇了高地温围岩,最高岩体温度高达86℃,高地温段洞室长度长达400 m。基于高地温隧洞施工实践,从降低洞内环境温度、钻爆开挖控制、初期支护措施等关键因素着手对高地温隧洞施工关键技术进行了探讨。     

断面形状对隧洞围岩位移和应力的影响分析

利用FLAC软件系统分析圆形断面、矩形断面、直墙式断面以及曲墙式断面形状隧道围岩位移、塑性区和应力的集中分布规律,对4种断面形状进行优选,结果显示,圆形断面隧洞围岩位移、应力集中系数、塑性区厚度均最小,表明其支护受到的围岩压力也最小,其次为曲墙式断面,结合隧洞的使用空间及经济效益等因素,建议选用曲墙式断面。     

有压隧洞围岩稳定可靠度分析

本文在无压隧洞围岩稳定可靠度分析的基础上，以上抬理论为主，以控制拉应力限裂方法为辅，分别建立稳定极限状态方程和限裂极限状态方程，用可靠度理论对有压水工隧洞运行期的围岩稳定性进行研究，计算方法简便可行，结果符合实际。     

高地温对隧洞开挖施工的影响及其处理措施

以新疆布仑口-公格尔水电站发电引水隧洞高地温洞段开挖为例,介绍高地温对隧洞开挖施工的影响及高地温隧洞开挖的处理措施,总结施工管理中的经验,对类似地质条件下隧洞开挖施工有一定的指导意义.     

高地温条件下深埋隧洞围岩温度—应力分析及施工对策

以位于西昆仑山区的齐热哈塔尔水电站引水发电隧洞高地温洞段为例,初步分析了工程区隧洞高地温洞段大地热流背景及其形成机理,针对隧洞围岩的高地温分布特征,建立典型高地温洞段地质模型,利用有限元软件模拟隧洞施工贯通通水后的围岩岩体温度场,并由此来推断热应力对于围岩稳定性的影响。结果表明,围岩温度90℃以上、空气温度50℃以上的高地温洞段,内外温差大于10℃(里低外高),若采用无衬砌和一次支护方案对高地温洞段围岩进行支护,该洞段内大部分区域的最大主拉应力将超过C25混凝土的抗拉强度,易产生整体拉裂破坏;若采用钢筋混凝土衬砌结构方案,则可以通过增加衬砌结构的配筋量来降低其最大主应力值,此时隧洞围岩及衬砌结构均未出现整体拉裂破坏。研究成果能够为保证该高地温隧洞的安全运行提供可靠的设计依据。     

浅谈水工隧洞Ⅴ类围岩的支护

水工隧洞Ⅴ类围岩的支护是一个综合复杂的问题,其难易与地质情况、设计选线、施工方法有着密不可分的关系。在隧洞工程施工中,Ⅴ类围岩段的进度通常是制约整个隧洞工程工期的关键,而针对不同的Ⅴ类围岩采用相应合理的开挖、支护手段又是其核心的问题。     

深埋隧洞施工期围岩变形与应力分析及稳定性评价

通过现场原位多种监测仪器的预埋对大直径TBM法和钻爆法开挖的洞段进行监测,综合分析围岩变形及应力监测成果,深入剖析深埋脆性大理岩在开挖过程中围岩变形及应力调整的特征,把握TBM法和钻爆法两种不同施工方法在不同围岩类别条件下引起的围岩松弛深度及围岩破坏特性,对进一步了解深埋脆性大理岩的物理特性和洞室开挖围岩响应规律具有重要意义。     

水库输水隧洞围岩变形监测及稳定性分析

文章根据数显收敛仪对输水隧洞围岩水平收敛变形和拱顶下沉位移的现场监测结果,分析输水隧洞开挖后围岩变形特性和发展规则,总结输水隧洞围岩沉降收敛变形规律,及时报警并采取相应的支护措施,使围岩变形趋于稳定,为设计优化参数和指导安全施工提供基础数据。