盾构输水隧洞双层复合衬砌的联合受力分析

针对城市修建的地下盾构双层衬砌输水隧洞,由于隧洞围岩承载能力低、管片与二衬混凝土间可能存在初始间隙,在高内水压力作用下衬砌混凝土承受的应力过大,导致衬砌易出现拉裂和渗漏。本文通过有限元方法,对盾构双层衬砌输水隧洞进行模拟计算分析。结果表明:若管片、二衬之间不存在间隙,则大大降低二衬混凝土的拉应力及管片的压应力,使两者的受力趋于均匀,确保了管片和二衬混凝土组成的双层衬砌结构的联合受力作用。结果可为双层复合衬砌结构进一步优化提供依据。     

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。     

基于LUSAS软件的TBM隧洞管片衬砌结构分析

以菲律宾某供水项目榆水隧洞为例,采用大型通用有限元软件LUSAS,以美国规范为标准进行管片衬砌结构分析,对深埋有压隧洞TBM管片在内、外水压力作用卞的受力特点和配筋情况进行研究.计算结果表明:管片衬砌以轴力控制为主,且最大轴力一般发生在衬砌的底部;当外水压力较高,导致配筋较大时,建议在隧洞设置排水管,以降低外水压力,减...     

穿黄隧洞衬砌1∶1仿真模型应力观测成果分析

穿黄隧洞选用双层复合衬砌结构,外衬为拼装式钢筋混凝土管片结构,内衬为现浇预应力混凝土结构。为了验证和优化设计,完善施工工艺,开展了隧洞衬砌1〖DK（〗∶〖DK）〗1仿真地下模型试验。模型由内外衬不分隔的联合受力和内外衬由弹性防、排水垫层分隔分别独立工作单独受力的两个试验段组成。主要就试验过程中各工况条件下内衬的钢筋和混凝土应力观测成果进行了分析。分析结果表明,两个试验段在设计内水压工况下,各断面环向均实现了全截面受压,均满足设计要求。     

基于LUSAS的水工隧洞衬砌计算分析

以国外某引水式电站引水隧洞为例,采用大型有限元程序LUSAS,以美国规范为标准进行隧洞衬砌的有限元计算。计算结果很好地反映了隧洞衬砌结构的受力情况,隧洞在围岩压力、水压力、自重等荷载作用下,在内水压力不大的情况下以受压为主,此时衬砌结构为偏心受压构件,主要由轴力控制,且最大轴力一般发生在衬砌的底部,若能增大此处混凝土的受压面积则可有效减少配筋。     

穿越城区隧洞分离式衬砌承载机理及性能优化研究

近年来我国兴建的穿越城区引水隧洞工程采用了一种新型分离式衬砌,但其承载机理尚不够明晰。以某水资源配置工程中穿越城区的TBM施工输水隧洞为对象,建立输水隧洞分离式衬砌整体三维有限元数值模型,分析了衬砌的变形、受力和承载比等特征。结果表明：设计内压作用下,钢衬和自密实混凝土径向紧密贴合,排水板铺设范围内两者径向变形明显大于管片,排水板铺设范围外三者径向同步变形,钢衬应力水平低且分布极不均匀,管片应力超过抗裂限值,内水压主要由围岩承担,钢衬承载比例明显低于预期;降低钢衬-自密实混凝土界面、自密实混凝土-管片界面的摩擦系数,均能使钢衬应力分布的均匀性增加,有利于钢衬承载性能的发挥,且对管片抗裂有利;提高排水板厚度与综合模量比值d/E,可以提升钢衬承载比,控制d/E在12.4～45.1 mm³/N范围内,可以满足钢衬容许应力和管片抗裂设计的要求,同时使分离式衬砌钢衬主要承担内水压的设计理念得以实现。     

基于ADINA的钢筋混凝土衬砌安全性分析

基于新奥法的衬砌施工理念及透水衬砌理论,采用ADINA有限元软件,以衬砌内混凝土和钢筋结构极限承载力为判别标准,对丹巴水电站引水隧洞在外水压力、内水压力及灌浆压力工况下衬砌的安全性进行了分析评价。数值分析结果表明:该深埋高地应力引水隧洞衬砌在外水压力和灌浆压力作用下,衬砌内混凝土和钢筋处于完全受压状态,其内力满足承载力要求;在内水压力作用下,衬砌满足抗压承载力要求,但受到较大拉应力,衬砌易开裂。     

透水理论在阿尔塔什水电站发电洞混凝土衬砌设计中的应用

通过建立透水衬砌理论数值计算模型,以体积力的形式将内水压力施加于整个模型,分析混凝土衬砌和围岩的变形情况,根据衬砌应力按照规范进行限裂配筋。利用这种方法可以较好地反映内水外渗后衬砌和围岩的实际受力应力应变情况。将这种计算方法应用于阿尔塔什水电站发电洞混凝土衬砌设计中,结果表明:发电洞混凝土衬砌配筋量要远小于面力配筋量,并从而得出了一些有意义的结论,可为这类隧洞设计提供借鉴思路。     

复合衬砌联合承担高内水压力的可行性分析

复合衬砌结构形式越来越多地应用于高内水压长距离输水隧洞中。该文结合珠三角水资源配置工程,对几种不同复合衬砌形式进行有限元分析,在联合受力模式下,以盾构管片接缝张开量为控制条件,分析不同复合衬砌结构形式在不同围岩条件下的应力变形特性,确定不同结构方案联合承担高内水压力的可行性,深化对不同复合衬砌联合受力特性的认识,为设计计算提供参考。     

TBM隧洞管片衬砌受力与连接螺杆的必要性研究

结合某TBM有压引水隧洞,建立了包含管片衬砌与外部围岩的三维数值计算模型,运用有限元法模拟分析衬砌在不同工况下的应力和变形特性,探索使用连接螺杆的必要性。结果表明:施工完建期在开挖释放荷载和豆砾石灌浆压力单独作用下螺杆对衬砌的受力影响甚微;运行期在内水压力作用下,采用螺杆的方案衬砌环向拉应力较大且在与螺杆连接位置处出现局部应力集中。未采用螺杆的方案使得管片衬砌具有柔性结构的特征,承担的内压较小因而环向拉应力较小,表明螺杆对衬砌的环形拉应力不利。未采用螺杆的接缝处最大张开位移由原来的0.635 mm增加为0.731 mm,表明螺杆对于减小接缝处张开位移有利。基于接缝处张开位移不大于4 mm即可满足要求,具有较高的安全裕度,螺杆的优势不明显。鉴于此,从螺杆的不利角度出发,建议螺杆在管片安装期间完成功能后放松螺杆连接,以避免管片局部被动拉裂而影响结构整体的安全性。     

基于流固耦合的富水软岩地层隧道排水方案研究

为研究富水软岩隧道最优排水方案,以甘肃省道S304线关山隧道为研究对象,基于流固耦合分析理论,建立了应力场和渗流场作用下的隧道开挖模型。借助SoilWorks有限元软件对隧道全排水、全封堵及堵水限排三种施工方案进行了模拟,并对孔隙水压力及水位线、位移场及应力场、围岩塑性区的分布规律进行了研究。结果表明:富水软岩隧道开挖时,采用堵水限排方案可以有效减小对地下水位的影响,经济效益显著;三种施工方案中,堵水限排方案隧道的拱顶沉降、隧底隆起以及地表下沉量最小,但围岩的应力最大,仰拱最大拉应力为全排水方案的2.2倍;全排水方案与全封堵方案围岩塑性区主要产生在仰拱,堵水限排方案围岩塑性区主要产生在边墙两侧,塑性区的范围较小。研究结果可为富水软岩地层同类工程排水方案的确定提供借鉴。     

黄河下游重塑黏性土抗冲特性试验

黄河下游河床存在典型的分层结构,不同部位对水流抗冲性不同,抗冲性极强的"胶泥层"对河势演变具有重大影响。通过对黄河下游花园口附近黏性土进行取样,开展了黄河下游河岸黏性土起动冲刷的水槽试验。分析了起动切应力随干密度的变化情况,建立了干密度、含水率与淤积历时的关系,拟合了黏性土侵蚀系数与起动切应力的关系式,结果表明:黏性土起动切应力随干密度的增大而增大,两者呈幂函数关系;当淤积历时较短时,黏性土干密度(含水率)随淤积历时的增大而增大(减小),两者呈对数函数(指数函数)关系;黏性土侵蚀系数随起动切应力的增大而减小,两者呈幂函数关系;同时研究发现,黏性土起动切应力与黏粒含量相关,相同干密度条件下,黏粒含量越高起动切应力越大;黏性土侵蚀系数与该土体的黏粒含量、土体结构相关,黏粒含量越高侵蚀系数越小,相应的其抗冲性越强。     

锦屏一级特高拱坝混凝土 4. 5 m 仓层厚度施工关键技术

拱坝混凝土浇筑仓层厚度是影响拱坝混凝土施工质量和进度的关键因素之一,混凝土浇筑仓层厚度高度的突破面临温控防裂、三大高差控制和体型控制等一系列挑战,但同时也可以为工程建设带来巨大的进度和经济效益。针对锦屏一级特高拱坝混凝土施工采用4.5m仓层厚度时的关键技术问题开展研究,研究成果工程应用效果显著,可为其它高拱坝筑坝时面临的类似问题提供技术借鉴。     

物探方法在断裂破碎带富水性判别中的应用

隧道穿越大型断裂地段,断层的富水性对隧道工程建设的安全性有较大影响。应用物探方法对大型断裂富水性进行勘探,将有效预防施工过程中出现突水等安全事故。以山西的古城井田隧道建设前期勘探为例,采用可控震源浅层地震勘探技术对断层的结构进行了分析、解释,准确掌握了隧道穿越地堑区域的地质构造、岩性;利用频率域电磁测深法调查了工作区内断层的充水、导水情况及二叠系砂岩水、奥陶系灰岩水的赋存情况、岩溶裂隙程度等;最后综合两种物探方法,分析得出断层的充水来源和导水性质。     

南水北调中线渠系蓄量补偿运行控制方式

南水北调中线渠系采用闸前常水位的运行方式,即渠道下游常水位运行方式的水位控制点位于下游渠道的节制闸闸前。采用下游常水位运行方式,有利于按照最大过水流量进行渠道设计,使得渠道的超高最小,从而施工成本最少。在分析闸前常水位运行方式的响应与恢复特性、蓄量补偿时间的基础上,提出了闸前常水位运行控制方式,并设计了蓄量补偿的前馈控制策略和水位流量串级的水位反馈控制器。以南水北调中线总干渠的部分渠道为研究对象,在典型工况下进行运行控制仿真,并把计算结果与流量主动补偿和常规下游常水位运行控制进行对比,从而验证了本文闸前常水位运行控制算法的合理性。     

宏观根系吸水补偿模型研究进展

根系吸水模型是研究植被耗水规律的关键要素,尤其在干旱-半干旱地区,土壤经常出现水分胁迫状态,使得根系吸水过程更为复杂。为准确描述根系的吸水过程,吸水补偿模型在1989年被概念化并成为一个重要的研究方向,国外进行了大量的研究探索,而国内在该领域鲜有研究。虽然根系吸水补偿模型已取得一定的进展,但其模型本身仍然存在一定的物理缺陷,因此,总结并综合分析根系吸水补偿模型发展历程,指出补偿吸水模型忽视了水分胁迫抑制根系吸水的物理机制,以及植物胁迫指数判定是否进行吸水补偿有一定局限性。在此基础上,提出根系吸水补偿模型应考虑潜在蒸腾量和土壤可利用水量供需关系、植物根系生长环境,补偿模型应耦合植物胁迫函数、土壤水分分布及地下水动态特征。     

压实水泥湿陷性黄土的力学特性

为拓展压实水泥土在黄土地基处理中的应用,以水泥掺量、粉煤灰掺量和含水量为因素,设计L9(34)正交试验方案,击实试验法成样,试验研究了压实水泥黄土28d和56d的力学特性,分析了各因素对水泥土的干密度、强度和弹性模量的作用规律、作用机理,弹性模量与强度的关系。结果表明:粉煤灰掺量对压实水泥黄土的干密度影响极显著,含水量的影响显著,水泥掺量的影响不显著。水泥黄土的最大干密度和最优含水量应考虑粉煤灰掺量的影响,可不考虑水泥掺量的影响。粉煤灰能显著提高压实水泥黄土的强度和弹性模量,尤其是后期强度。水泥掺量对压实水泥黄土两个龄期的强度和弹性模量影响均极显著,粉煤灰掺量的后期影响极显著,含水量的影响显著。     

利用冲击回波法检测混凝土结构缺陷的试验研究

通过采用冲击回波法对设置有不同内部缺陷的混凝土试件进行试验研究,获得该方法检测混凝土内部缺陷的识别方法和缺陷范围测定方法。研究结果表明:采用冲击回波法测试混凝土内部缺陷时,横向尺寸与缺陷深度比值小于1∶4的缺陷及缺陷横向尺寸小于50mm,且与埋深比值大于1∶1时,缺陷不易被识别。探头移动过程中观察主频峰值的变化可以有效测定缺陷范围,但是缺陷深度的确定与实际试验条件有较大关系。     

地震作用下复合土工膜心墙堆石坝应力变形分析

复合土工膜心墙堆石坝是为了防止堆石坝渗流和应力变形问题而设计的一种新型坝体。以白龙江某复合土工膜心墙堆石坝为例,建立三维有限元模型,并利用MIDAS/GTS大型岩土分析软件,对正常蓄水期、正常蓄水期加8度地震烈度和无膜情况三种工况下坝体和复合土工膜心墙的应力变形进行了模拟,分析了地震作用下复合土工膜对坝体应力变形的影响。比较发现,复合土工膜在很大程度上抑制了坝体的应力变形。     

改扩建水库土坝段三维渗流问题仿真研究

渗流问题是直接影响大坝改扩建后运行安全的关键问题,为此,利用三维渗流场的仿真研究,合理评价大坝改扩建设计渗控的合理性和有效性是十分必要的。采用无压渗流场仿真计算理论和有限元方法,在设计渗控措施下,对某水库加高加固后土坝的三维渗流问题进行仿真计算,并定性、定量分析了土坝坝区浸润线、水头分布、渗透坡降及渗漏量等渗流参数的数值规律。结果表明,混凝土预制块、复合土工膜、防渗帷幕等组成的坝体防渗体系,可以有效地截断通过土坝的渗流,但水库水位的抬高也增加了土坝连接部位的绕渗、渗透坡降等不利渗流的安全问题。