压力隧洞钢筋混凝土衬砌开裂数值模拟研究

立足于直接求解压力隧洞设计所关注的衬砌裂缝条数和裂缝宽度,同时考虑混凝土衬砌的开裂、钢筋的作用、钢筋与混凝土间的粘结滑移以及围岩的作用,建立了压力隧洞钢筋混凝土衬砌开裂的数值模型,并编制了相应的计算程序。采用该计算程序对压力隧洞钢筋混凝土衬砌开裂问题进行数值模拟研究,分析了钢筋量、围岩条件对裂缝条数和裂缝宽度的影响,并着重与现行规范进行对比分析。结果表明,所建模型能反映压力隧洞钢筋混凝土衬砌作为地下结构的受力特性;围岩条件对裂缝条数和宽度均有明显影响;压力隧洞钢筋混凝土衬砌限裂的关键在于改善围岩条件,不宜盲目加大钢筋量。该研究结果对压力隧洞工程实践具有一定的指导价值。     

水工隧洞素混凝土衬砌开裂过程弹性分析

根据弹性力学理论推导了水工有压隧洞素混凝土衬砌开裂时内水压力公式,给出了开裂半径与内水压力关系式,分析了素混凝土衬砌在不同开裂阶段时的结构应力.由计算结果发现,一旦开裂裂缝就会很快贯穿衬砌,裂缝贯穿衬砌前内水压力主要由衬砌承担.     

某引水隧洞工程衬砌结构分析

某引水隧洞为大型供水工程中的重要工程,全面系统地验证其衬砌结构的安全稳定性对工程意义重大。首先采用荷载-结构法对典型断面衬砌结构的配筋情况进行复核,其次采用地层-结构法,借助三维数值软件FLAC~(3D)对典型断面衬砌结构进行仿真模拟分析,并评估衬砌结构的混凝土强度是否满足要求。结果表明,引水隧洞衬砌结构应力满足混凝土强度要求,承载能力满足安全要求,为引水隧洞加固设计提供了参考。     

盘道岭隧洞加固处理期监测设计及仪器埋设

盘道岭隧洞是我国已建的最长的软岩无压引水隧洞，隧洞洞身穿过地段地质条件复杂多变，由于种种原因造成二次衬砌开裂，在加固处理二次衬砌裂缝时，要求通过监测手段来定量评价加固处理效果及判明洞身围岩稳定状态。论述了加固处理中监测内容的确定、设备选型及其特性、观测设备的总体布置原则，同时提出了各主要仪器的埋设方法，说明了主要监测成果及结论。     

水工有压隧洞单双筋衬砌结构弹性应力分析

根据弹性力学理论分别推导了裂缝贯穿衬砌后水工有压隧洞单双筋衬砌结构在不同内水压力下的结构应力计算公式,给出了开裂半径与内水压力的关系式并对完成的大比尺试验模型进行了理论计算.由计算结果发现,裂缝贯穿村砌后内水压力主要由围岩和衬砌内的环向钢筋承担,且在内水压力下单双筋衬砌结构的钢筋应力、围岩应力及开裂半径差异不大,表明衬砌内环向钢筋的主要作用是限制衬砌裂缝开度、确保衬砌完整性.围岩为主要承裁体.在水工有压隧洞衬砌结构中,在确保裂缝宽度下配王单层钢筋更为经济.     

某船闸输水隧洞施工期—运行期裂缝成因与分析

为分析某输水隧洞顺流向裂缝产生的原因及其影响,以隧洞衬砌及部分围岩为研究对象,采用考虑缝面接触问题的非线性有限元法,模拟隧洞衬砌混凝土施工及隧洞有水调试过程,对衬砌结构的温度及应力进行仿真分析。结果表明,底板裂缝发生于有水调试前,由温度应力引起;而顶拱裂缝是由早期的温度应力和隧洞有水调试产生的结构应力共同作用引起。裂缝出现后,钢筋应力及裂缝面错动位移满足承载力要求。     

TBM引水隧洞衬砌管片形式研究

管片衬砌是TBM引水隧洞的主要装配构件,其管片形式是决定衬砌结构安全与TBM隧洞推进速度的关键因素。结合某TBM压力引水隧洞,采用不同的管片形式,建立三维数值计算模型,针对常用的矩形管片衬砌与新型平行四边形管片衬砌,对比分析了典型工况（运行期、检修期）下管片衬砌的应力、管片接缝状态与连接螺杆应力等。结果表明,矩形管片衬砌的环向应力沿水流向的分布更均匀且峰值较小;运行期,平行四边形管片衬砌在接缝处的张开位移和螺杆应力分布更均匀且峰值较小;检修期,平行四边形管片间的接触压力与螺杆应力均较大。由于管片接缝位置的张开位移值安全裕度较大,可优先选取整体结构稳定性较高的矩形管片,在满足衬砌应力不超过混凝土设计强度允许值时,可选择施工进度更快的平行四边形管片。研究结果为TBM隧洞衬砌施工提供了指导。     

白鹤滩水电站导流洞衬砌混凝土温控限裂技术研究

温度裂缝严重影响水工衬砌结构的耐久性和安全性。白鹤滩水电站导流洞导流任务重、使用时间长、尾水段与尾水洞结合为永久结构。为限制温度裂缝,使用低热水泥、预冷混凝土、通水冷却、冬季挂帘等综合温控措施,使混凝土裂缝大幅减少。通过统计现场监测数据及裂缝特征,论证了温控措施的合理性,分析了裂缝的一般规律。利用有限元法分析裂缝影响因素的敏感性,结果表明,大量裂缝出现在冬季昼夜温差变化较大时;低温季节当气温变化幅度较小,选择自然入仓也能满足温控要求;断面尺寸越小、分仓长度越短、分期施工对限制混凝土裂缝有利;围岩越完整,约束作用越强,衬砌混凝土开裂风险越大。研究成果可为类似工程提供参考和借鉴。     

引水隧洞二衬刚度与施作时机优选及系统构建

二次衬砌结构刚度与施作时机优选是隧洞工程中关键问题之一,对于引水隧洞穿越软弱流变围岩洞段则尤为突出。为研究引水隧洞开挖过程中时空效应耦合作用对二衬优选的影响,基于现场围岩和支护结构实测应力变形数据,采用三维粘弹塑性有限元方法,结合开挖和支护设计实际工况考虑二次衬砌施作距掌子面不同距离和不同二衬刚度(厚度),分析了围岩变形、二衬内力及变形的变化规律。结果表明,二衬刚度对二衬时机的优选影响不大,围岩应力的释放及围岩变形为二衬时机优选的关键因素,最后针对设计和施工人员开发了二衬支护结构优选系统。研究成果和优选系统可为类似隧洞工程施工和设计提供参考依据。     

用Ansys有限元程序分析水工钢筋混凝土隧洞结构

采用Ansys有限元分析水工钢筋混凝土隧洞结构，通过建立有限元模型来模拟水工隧洞衬砌钢筋混凝土结构的实际工作状态，了解结构的应力分布、裂缝宽度和钢筋混凝土衬砌中钢筋的工作状态，从而可以有针对性地提高水工隧洞钢筋混凝土结构设计的安全性与可靠性。     

欠挖条件下导流隧洞衬砌结构应力应变分析

针对功果桥水电站导流隧洞欠挖情况,根据进口段欠挖典型断面建立了数值仿真分析模型,比较了不同欠挖程度下衬砌结构的受力特征,分析了衬砌和围岩间粘结强度对衬砌结构的影响,并采用内力法对衬砌内的配筋进行了复核。结果表明,随欠挖程度的增加,衬砌实际厚度减小;在外水压力作用下,衬砌变形逐渐增大,应力也随之增加,衬砌安全度逐渐减小;在衬砌与围岩间粘结强度为0.4MPa,且欠挖深度在衬砌厚度的40%(欠挖92cm)及其以上时,衬砌结构的安全将得不到保证;同时衬砌与围岩间粘结强度对边墙和底板的变形和应力影响较大,而对顶拱位置影响较小。     

文登市抽水蓄能电站三维渗流场的有限元分析

针对抽水蓄能电站工程区中众多地下洞室和排水措施影响下渗流场的复杂性问题,给出了求解有自由面渗流场改进的截止负压法、模拟高压隧洞子结构法、模拟地下厂房密集排水孔改进的排水子结构法等,并采用IDL语言编制了基于子结构法的三维渗流场有限元计算软件GWSS,计算了文登市抽水蓄能电站工程区复杂渗流场,研究了高压输水隧洞和引水管道下水平段的钢筋混凝土衬砌开裂状态下内水外渗及工程区复杂渗流场的分布特征。结果表明,在高压隧洞下水平段上部设置排水洞和排水孔幕的排渗方案,对衬砌开裂状态下高压渗水有显著排水降压作用。     

水工隧洞衬砌混凝土裂缝成因分析及控制措施

通过水工隧洞混凝土施工中产生裂缝的实例叙述,深入分析了衬砌混凝土产生裂缝的诸多因素所形成的主要成因,并根据水工隧洞施工情况总结出了控制裂缝产生的具体措施     

大断面隧洞上穿既有隧洞结构安全分析

为分析丽水机场沙溪排水隧洞上穿既有玉溪引水隧洞工程可能造成的影响,采用有限元模拟法,综合考虑了大断面隧洞开挖引起的围岩应力重分布和爆破振动影响,研究了新建大断面隧洞自身的围岩受力和变形特征,及新建隧洞开挖、爆破施工引起的既有隧洞衬砌受力变形及动力响应。结果表明,在完成开挖后,新建排水隧洞的最大位移发生在拱顶处,围岩及衬砌结构受力变形满足设计要求;既有隧洞沿竖向发生隆起变形,最大隆起量为6.3mm,横向拱腰处发生向内的水平位移,最大水平位移为0.76mm,最大值均发生在隧洞交叉点处;既有隧洞衬砌结构最大压应力为30MPa,无拉应力,满足衬砌结构抗压和抗拉强度要求;新建隧洞爆破施工导致既有隧洞的最大质点振动速度满足爆破安全规程规定,说明新建大断面隧洞采用分层分块小断面控制爆破施工技术可有效控制爆破施工对临近结构的影响。     

水工压力隧洞结构限裂设计研究现状

针对限裂设计为水工高压隧洞设计的核心问题,基于钢筋混凝土结构裂缝计算理论的研究现状,分析比较了衬砌结构的裂缝计算公式,并探讨了水工隧洞衬砌试验研究现状.结果表明,裂缝宽度计算理论并未取得共识,计算公式均有不足,不能完全满足衬砌结构设计的实际需求,还有待于进一步改进和完善.     

水工地下隧洞在地震荷载作用下的动力特性分析

应用土与结构动力相互作用理论,基于ANSYS软件建立了围岩-水工地下隧洞结构非线性动力相互作用的有限元分析模型,采用整体有限元分析方法对隧洞衬砌结构进行了地震时程反应的数值分析.分析了衬砌弹模、围岩类别以及地震波频率对洞室位移和应力响应的影响.     

基于遗传算法的深埋隧洞外水压力反分析

外水压力是富水区深埋隧洞衬砌结构承受的主要荷载,其取值的准确性直接关系到隧洞设计与施工的安全,根据西南某工程的钢筋应力等监测数据,基于遗传算法,利用FORTRAN语言对通用有限元软件ABAQUS进行了二次开发,编写了遗传算法及其与ABAQUS的接口程序,对引水隧洞衬砌结构承受的外水压力进行了反演分析,得到了外水压力取值,并与实际地勘资料提供的数据进行比较。结果表明,实测值与反演值相近,且均小于正演值,安全性能够得到保证,说明原有计算模型的外水压力初值具有一定的合理性。可见遗传算法用于隧洞的外水压力反演是可行的。     

尼格高地温隧道温度演变规律及结构安全性分析

高温病害问题尤为突出,成为长大深埋越岭隧道建设过程中常见的技术难点。因此,以建（个）元高速尼格隧道为工程依托,基于现场监测数据,探明洞内气温和围岩温度场演变规律,分析隧道支护结构在高地温环境下的力学特性和安全特性。研究结果表明：(1)洞内气温时态曲线具有稳定和降温阶段,围岩温度则经历自然衰减期—稳定期—降温期;(2)洞内气温由出口至进口沿隧洞纵向呈缓慢升温—迅速降温变化,岩温随深度增加以抛物线形式增加;(3)基于混凝土应变计监测数据,验算二次衬砌安全性,计算结果合理准确,二次衬砌稳定且具有良好的安全储备,高地温控制理念正确,控制方法合理。     

正断层错动下的输水隧洞动力响应分析

长距离调水工程中的输水隧洞通过潜在地震地区时，存在活动断层错动引发的重大工程安全隐患，揭示断层错动对输水隧洞稳定性影响的研究具有非常重要的工程意义。基于围岩、断层破裂带、衬砌和内水的动力相互作用特征，使用ABAQUS有限元分析软件，建立了围岩-断层破裂带-衬砌-内水三维数值模型，深入分析了各种断层错动量、宽度及粘聚力对输水隧洞稳定性的影响。结果表明，处于较小断层错动量、断层宽度及较大断层粘聚力情况下的输水隧洞衬砌结构竖向位移及损伤程度有所减小，结果对跨断层输水隧洞动力响应理论研究有一定的参考价值。     

温度变化对小浪底水库排沙洞无粘结预应力衬砌结构应力状态的影响

小浪底排沙洞是我国第一个采用无粘结预应力混凝土衬砌结构的高压水工隧洞,结合工程运行过程中的观测数据,对温度作用下混凝土应变计的应变变化规律和基于应变监测数据的温度应力计算方法进行了探讨,分析了温度变化对预应力衬砌结构应力状态的影响。结果表明,温度变化对衬砌结构的应力状态会产生比较大的影响,当温度升高时,衬砌中的温度压应力也随之增大;且温度相同时衬砌内侧受到的影响更大。