水工有压隧洞衬砌伸缩缝间距设计新法

根据对流换热边界条件下的水工压力隧洞温度分布规律，建立了考虑变温和内水压力联合作用下的隧洞衬砌、围岩应力计算法，绘出了水工有压隧洞衬砌伸缩缝间距计算公式。所获结果，可供设计人员参考。     

对流-导热作用下寒区水工隧洞衬砌热力耦合分析

寒区水工隧洞在通风条件下产生的温度变化会影响衬砌结构力学性能，进而影响水工隧洞的安全运行。以新疆布伦口水电站水工隧洞为依托，基于现场监测数据，采用有限元法对在不同风温、风速下隧洞不同深度处衬砌结构的热学、力学耦合特性进行深入分析。结果表明：不同风温下水工隧洞洞口衬砌温度低于洞内衬砌温度，洞口衬砌温度变化幅度大于洞内衬砌温度变化幅度；随着通风时间增加，一次衬砌与二次衬砌压应力均先减小后增大，最大压应力均位于拱腰处；不同风速下一次衬砌与二次衬砌最大温差为8.40℃,沿水工隧洞轴向与径向距离的增加，温度逐渐升高，风速、风温影响逐渐减小，最大温度拉应力位于拱腰，一次衬砌为0.12 MPa,二次衬砌为0.32 MPa;在不同风温和不同风速下，一次衬砌与二次衬砌位移均呈水平收缩、竖直隆起趋势。研究成果可为寒区水工隧洞衬砌优化设计提供理论参考。     

基于对流-导热耦合模型的寒区水工隧洞围岩温度-应力耦合分析

为研究不同环境条件下水工隧洞围岩瞬态温度-应力耦合场的分布特性及变化规律,以新疆某寒区水工隧洞为依托,基于M-C本构模型,采用有限元仿真计算,对不同自然通风温度和不同风速下水工隧洞洞口及洞中位置围岩温度-应力耦合场进行系统分析。结果表明,隧洞洞中位置的温度高于洞口,自然通风时洞中位置产生的温差大于洞口位置;由温差产生的温度应力(拉应力)抵消了部分围岩压应力,洞中位置主应力受对流-导热影响大于洞口;通风时间增加,隧洞的塑性应变值及塑性区范围都增加,150 d时塑性应变值在洞口腰拱位置较大,为0.019,塑性区半径约为1倍洞径,厚度约为2.08 m;通风风速增加,隧洞主应力值及塑性应变值都减小,但变化幅度很小;通过150 d有无温度荷载条件对比得出,温度应力在腰拱位置最大,为0.16 MPa。     

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。     

水工隧洞建设的经验和教训(上)

本文对国内外水工隧洞建设的经验和教训进行了综述。上篇侧重于勘测设计 ,下篇侧重于施工。上篇内容共分 10个部分 :介绍了国内外 ,特别是我国水工隧洞建设现况及远景 ;论述了水工隧洞地质勘探的特点及某些新技术 ;讨论了各国关于确定有压水工隧洞埋深准则及其存在的问题 ;对衬砌外水荷载的理论进行了简要说明 ;论证了水工隧洞应力分析中水荷载增量理论 ;从我国 6次隧洞现场压水试验阐明水工隧洞衬砌裂缝的特点 ;以广州抽水蓄能电站工程经验为主线介绍了高内压大直径水工隧洞分岔洞钢筋混凝土衬砌的设计理论和经验 ;对各种类型钢筋混凝土预应力衬砌的类型及工程实践进行了简要叙述 ;介绍了我国在高流速水工隧洞设计方面的经验 ,特别是孔板和漩流 2种洞内消能方式 ;最后介绍了我国混凝土衬砌的糙率现场测试成果     

水工隧洞混凝土衬砌裂缝主要原因及预防措施

混凝土衬砌裂缝是水工隧洞常见的缺陷，本文结合国内工程实践，对水工隧洞混凝土衬砌裂缝进行分类，结合典型水工隧洞混凝土衬砌有限元温度徐变应力仿真计算，分析了裂缝主要原因及预防措施。     

圆形有压引水隧洞预应力钢筋混凝土衬砌设计计算

对国内有压引水隧洞预应力钢筋混凝土衬砌的设计理论和设计计算方法进行了系统总结,着重介绍了对水工隧洞衬砌应力计算的有限单元方法.并以张掖黑河小孤山高压水道为例,对预应力混凝土衬砌进行了结构应力计算.     

热-力作用下水工隧洞围岩-支护结构耦合力学特性及相互作用机制

在高海拔寒区,围岩与支护结构的相互作用过程是影响水工隧洞结构稳定的重要因素。为了研究热-力作用下水工隧洞围岩-支护结构相互作用的时空演化规律,以新疆某寒区水工隧洞为依托,基于现场监测资料,采用有限元仿真模拟,计算温度效应下围岩-衬砌相互作用的弹塑性解析解,分析热力作用下隧洞耦合结构温度场和应力场的时空分布特征。结果表明：洞内低温对耦合结构的温度场和应力场影响较大,应实施防寒保温措施,保证在极端天气下,结构沿径向2.7 m内温度不低于0℃;通风前期,温度应力对耦合结构的应力变化起主导作用,21 d后还要考虑衬砌支反力、围岩被动支反力以及围岩外边界约束的共同耦合作用;对流前48 d结构内侧受拉,结构洞腰内侧出现最大拉应力155 kPa, 48 d后结构压应力激增,并且48～60 d内耦合应力增长速率最快。随着温度的降低,-1.95℃为洞顶和洞底的拉应力激增点,洞腰前期拉应力急剧增大,于-3.5℃开始缓慢减小。本次研究揭示了热-力作用下围岩支护结构相互作用的动态全过程,可为寒区隧洞安全施工提供依据。     

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。     

水工隧洞防渗排水措施探讨

水工隧洞是以输水为目的,有别于其他铁路、公路、矿山等隧道工程,水工隧洞二次衬砌混凝土除作为围岩压力的承载结构外,还起着承担着过水流内压的重要作用,特别在高水头有压隧洞中,二次衬砌混凝土防止内水外渗的作用更为重要。从水工隧洞渗漏水现状和渗漏水对水工隧洞危害出发,结合辽宁某工程实际,简要探讨水工隧洞防渗排水措施,可供其他工程参考。     

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。     

水工压力隧洞灌浆式预应力衬砌干缩应力与徐变应力计算

水工压力隧洞结构设计的理论基石是隧洞衬砌与围岩联合工作,为充分利用砼抗压强度高的优点和提高围岩的承载能力,采用灌浆式预应力衬砌是一种富具应用前景的技术方法.但灌浆式预应力衬砌隧洞,由于压浆环干缩硬化和砼徐变影响,使衬砌获得的预应力有所损失,笔者采用岩石力学中应用广泛的莫尔—库仑屈服条件,对水工压力隧洞灌浆式预应力衬砌干缩应力和徐变应力进行了系统分析,给出了相应的解析计算式.     

水工隧洞温度应力计算

水工隧洞温度应力计算问题,是大家所关心的问题。由于考虑温度应力时牵涉所及的因素太多,目前尚缺乏完善的计算方法。本文介绍的是笔者从需要出发,初步总结出一套计算方法,以供实际应用。本文讨论的湿度应力,是指隧洞通水后,低温水使隧洞周围的混凝土衬砌及岩石的温度逐渐降低,结     

深埋长大水工隧洞探究

随着经济快速发展,城市化进程的加大,伴随着城市化建设,水利水电工程的需求量也越来越大。狭义地说,水工隧洞即水利开发应用的隧道、洞穴。水工隧洞建设在水利、交通、工业等领域发挥了重要的作用,主要是在地下或山体层面开凿用于灌溉、供水、泄洪、通航等功能的过水道,通常分为有压隧洞和无压隧洞两种。文章分析了深埋长大水工隧洞现状和发展,深埋长大水工隧洞国内施工存在的问题,尤其在当前节能减排、新能源经济的前提下,积极展开施工新技术尤为重要,文章还探讨了深埋长大水工隧洞施工新技术的应用。     

上程水电站工程大田水库泄洪洞水工模型试验研究

论述了上程水电站工程大田水库泄洪洞的试验研究工作,通过水工模型试验,测定了有压隧洞和无压隧洞两方案的泄流能力,对隧洞进出口及洞内水流流态进行了观测,对无压隧洞方案的布置进行合理性分析和优化,对有压隧洞方案的可行性做出了评价.     

高温引水隧洞应力场分布的研究

研究高温隧洞在温度稳定时,达到热平衡条件下的温度场及其引起的温度应力与隧洞自重应力的耦合分布形式。通过应用弹性力学中无限长圆筒对称温度应力的解析解与有限差分软件对温度场的分析,得出温度场及隧洞径向应力σρ、环向应力σφ和轴向应力σz的分布形式,表明在变温区,径向应力σρ呈先增大后减小趋势,环向应力σφ沿着洞径方向由拉应力变化为压应力,轴向应力σz沿着洞径方向为压应力增大。模拟温度应力与自重应力耦合作用下在隧洞水平边墙和洞室顶部的应力分布规律。表明在两个不同位置处的耦合应力分布明显不同,环向应力σφ在水平边墙处为压应力,且逐渐增大后趋于稳定,而在隧洞顶拱处为拉应力,逐渐变为稳定温度区的压应力。隧洞洞顶拱处的混凝土衬砌在耦合应力作用下处于拉应力状态,在环向拉应力作用下极易产生裂缝。更多还原     

水温影响下有压水工隧洞结构稳定分析

为解决运行期有压引水隧洞温度荷载和均匀内水压力联合作用下的应力计算问题,采用有限元法分析隧洞运行期水温变化所产生的温度应力对衬砌应力场与应力极值的影响,通过ANSYS Workbench进行有限元分析,计算运行期不同水温影响条件下的应力分布情况,并对比了弹性力学法计算的温度应力极值。计算结果分析表明,在隧洞运行期混凝土水化热基本稳定后,水温为温度应力的主导条件,水温升高会增大衬砌径向拉应力。因此,对于夏季高温地区或高水温地区需调整隧洞衬砌的配筋,以适应水温产生的温度应力对隧洞衬砌结构的影响。     

水工压力隧洞有限元模型简化算法

 水工压力隧洞结构复杂,进行有限元分析时其前后处理及计算的工作量巨大,因此寻求一种有效的简化算法尤为重要。水工压力隧洞在受内水压力作用时,衬砌将压力部分传递给围岩,同时受到围岩的被动抗力。在进行有限元分析时,主要关注的是压力隧洞衬砌及其外围一定范围内围岩的应力和变形情况。对于均质连续岩体,通过模拟围岩抗力,可以仅取衬砌及其附近围岩作为分析对象,将水工压力隧洞应力分析转化为受内、外压的厚壁圆筒。从而仅对厚壁圆筒划分有限元网格,大大减少了前后处理和计算的工作量。     

论有压水工隧洞最小覆盖厚度

本文讨论了有压水工隧洞最小覆盖厚度问题。首先对现有的各种设计准则进行了介绍和讨论，从一些工程运行的实际情况说明现有确定最小覆盖厚度准则的局限性。据此提出确定有压水工隧洞最小覆盖厚度准则的建议。     

喷锚衬砌设计的几个问题

水工隧洞的主要类型有:有压和无压引水隧洞、尾水隧洞、泄洪隧洞、导流隧洞等。其主要特点是承受内水压力并有一定流速的水流通过。因此,承受内水压力的能力和过水能力的大小,是不衬砌和喷锚衬砌隧洞设计中要考虑的主要问题。 近十年来,随着开挖技术的发展和喷锚衬砌的广泛应用,在水工隧洞采用不衬砌或喷锚衬砌的数量也有所增加。据初步统计,目前应用喷锚衬砌的水工隧洞已有14座,总长度达20km。下面就几个问题加以阐述: