无粘结环锚预应力衬砌锚具槽布置方式对比研究

无粘结环锚预应力衬砌锚具槽是整个预应力衬砌受力的关键部位,其位置的选择对于整个预应力衬砌受力和安全而言至关重要。结合引松供水工程有压输水隧洞无粘结预应力衬砌结构,采用等效荷载法和实体建模相结合的方法进行Flac3D三维建模,对锚具槽单排和双排布置时的衬砌关键部位受力情况进行了分析。计算结果表明:(1)无粘结环锚预应力衬砌的下半环因锚具槽的影响,会存在局部预应力缺失和分布不均,而单排锚具槽布置能减小衬砌预应力的不均匀性。(2)锚具槽及附近区域是预应力衬砌的薄弱区,衬砌拉应力区主要分布在锚具槽环向的临空面附近,衬砌受压最大区域分布在相邻锚具槽之间。(3)双排锚具槽布置型式抗超载能力优于单排锚具槽布置型式。     

水工隧洞TBM施工适宜性围岩分类研究

隧洞掘进机TBM已逐渐成为水工深埋长隧洞的常规施工方法,而现行规范的围岩分类主要以隧洞围岩稳定性和支护措施为判别因素,仅适用于钻爆法隧洞。为此,梳理国内外不同工程的围岩分类指标体系和TBM施工特点,在隧洞围岩基本分类的基础上,重点分析了TBM掘进效率和不良地质条件,构建了TBM施工适宜性围岩分类方法。总结大量工程案例,综合权衡超硬岩、岩爆、断层破碎带、大变形、突涌水(涌泥)和高外水压力六个关键因素对TBM施工的定量影响,提出了可量化围岩分类指标。工程应用表明,TBM施工适宜性围岩分类方法可依据工程地质资料快捷完成围岩分类,能有效指导TBM隧洞施工,且具有较好的通用性和易用性。     

基于Hoek-Brown准则西原模型的圆形隧洞黏弹塑性解

为进行流变围岩圆形隧洞工程应力、应变分析,将Hoek-Brown强度准则引入到西原流变本构模型,同时在力学模型中考虑掌子面推进效应和支护阻力对围岩应力释放率的影响,得到了支护条件下基于Hoek-Brown准则西原模型的圆形隧洞黏弹塑性解。通过锦屏二级水电站引水隧洞案例验证解析方法的可靠性,并进行了塑性区半径和围岩变形的影响因素定量分析。研究结果表明:(1)基于Hoek-Brown准则的西原模型更能反映实际隧洞工程岩体流变特性,建立的解析方法能够考虑围岩应力释放效应和塑性体积扩容特征对围岩变形的影响,其计算结果与实际监测数据吻合良好;(2)围岩应力释放系数、Hoek-Brown准则参数s、原岩应力和隧洞半径对塑性区半径的影响较大,是判断流变围岩隧洞稳定性的主要考虑指标,相对而言,岩石单轴抗压强度和Hoek-Brown准则参数m对塑性区半径的影响较小;(3)引入围岩扩容系数后,围岩位移量显著增加,但基本不影响围岩流变变形曲线形态和塑性区半径,从洞壁向围岩内部延伸,围岩扩容系数对围岩变形的影响越来越小。     

高压岔管首次充排水衬砌开裂规律与渗透特征

高压岔管首次充排水过程是影响衬砌裂缝产生和扩展规律、渗透规律以及长期受力特性的关键因素,亦是关乎结构安全与围岩稳定的重要工况。以阳江抽水蓄能电站钢筋混凝土高压岔管为工程背景,基于流固耦合方法,采用离散单元法(PFC~(2D))研究了首次充水裂缝开展位置与初始地应力的关系;然后,利用有限差分法(FLAC~(3D))分析了衬砌起裂过程和贯通临界压力,明确了首次充排水至平衡状态的衬砌渗透特性以及梯级排水条件下衬砌稳定性;最后,研究了钢筋和锚杆对衬砌结构力学特性的影响,并提出限裂设计参数优化方案。结果表明:内水压力2.8 MPa为衬砌起裂临界压力,继续增至4 MPa时衬砌结构裂缝贯通;裂缝是高压岔管充水期内水外渗和放空期外水压消散的重要渗流通道,衬砌结构配筋与锚杆支护是限制裂缝开度的关键措施;放空期高外水荷载作用下衬砌存在受压破坏风险,应对内水放空梯度进行严格控制。     

软岩隧洞可缩性U型钢支架压缩量研究

以深埋软岩输水隧洞为工程背景,研究了钢支架压缩量的计算方法,提出软岩隧洞钢支架压缩量的控制标准。借助数值软件进行U型钢支架压缩量影响因素的定量分析,研究表明:(1)压缩量设计适当的可缩性U型钢支架既能满足深埋软岩隧洞支护"高阻让压"的需要,以保持围岩稳定,又能合理释放掉部分原岩应力,改善衬砌的应力应变状态;(2)确定钢支架压缩量设计值,可根据隧洞支护结构受力状态和围岩塑性区半径划定范围后综合判定;(3)隧洞埋深和围岩类别不仅对U型钢支架压缩量的影响很大,还一定程度上影响钢支架缩动收敛时间,岩体类型和隧洞洞型对U型钢支架压缩量也有较明显的影响。     

不同预注浆加固范围时盾构机始发稳定分析

盾构始发作为盾构法施工的关键技术,其稳定性分析至今基本空白,没有相应的计算分析方法,设计主要依靠经验。以广州地铁六号线天平架盾构始发井的设计和施工为背景,采用有限差分软件FLAC3D进行三维有限元模拟的手段,对盾构始发稳定性进行了研究,着重分析了纵向与周围厚度不同加固范围组合时始发段的应力场、塑性区破坏场和位移场,探讨合理的加固厚度和强度。研究成果有望对盾构始发的设计和施工提供科学的理论依据和指导。     

考虑主筋约束作用的高压水工隧洞衬砌裂缝开度研究

针对高压水工隧洞衬砌裂缝开度的研究,基于钢筋混凝土有限差分方法,引入Cable结构单元,对衬砌开裂后混凝土—钢筋的联合承载特性进行分析,结果显示,裂缝开裂位置与衬砌力学状态有关。通过探讨运行期高内水压力工况下主筋对衬砌裂缝的约束效果,分析了环向配筋率、钢筋位置、隧洞半径和围岩类别对衬砌裂缝开度的影响,并通过逐步回归分析提出高压水工隧洞衬砌的限裂设计优化方法。结果表明:衬砌最大裂缝开度与环向配筋率、围岩变形模量呈反比,选择适中的钢筋位置可以实现对衬砌的最佳约束;在衬砌限裂的优化设计过程中,建议优先采取固结灌浆等工程措施,改善围岩力学性能,其次提高衬砌环向配筋率以减小最大裂缝开度,将调整钢筋位置和隧洞半径作为衬砌限裂的辅助方法。本文研究成果为高压水工隧洞衬砌限裂设计配筋计算和裂缝预测提供重要参考。     

隧洞衬砌外水压力的取值方法与应对措施研究

针对隧道衬砌外水压力折减系数选取、衬砌结构选型等问题,在阐述外水压力折减系数含义的基础上,通过对衬砌类型进行系统分类,对不同衬砌型式外水作用规律与外水压力折减系数进行了分析与讨论。其中,全封堵型衬砌折减系数为1,全排型衬砌折减系数为0,而排堵结合型衬砌折减系数则与整个衬砌系统的设计参数有关。同时,指出相应衬砌结构设计中存在的错误认识,并由此引申出隧道工程在外水压力应对处理方面应该关注的主要影响因素。研究成果可为应对外水压力问题的地下隧道衬砌设计提供参考。     

基于矿物加权硬度确定岩石磨蚀性的试验研究

准确预测岩石磨蚀性是隧道掘进机刀具设计和高效掘进的重要基础,岩石的矿物成分及含量是影响岩石磨蚀性的关键因素,采用岩石矿物加权硬度测试可为岩石磨蚀性评价提供一种新思路。选定白云岩、大理石、花岗岩等各种岩性岩石,平行开展矿物加权硬度试验和岩石磨蚀性试验,建立岩石磨蚀性指数和矿物加权硬度值的函数关系,并给出了岩石磨蚀性分级表。结果表明,岩石组成中莫氏硬度高的矿物比重越大,磨蚀试验中钢针磨损随之增加,宏观表现为岩石磨蚀性指数较高;基于矿物加权硬度确定岩石磨蚀性,能够避免使用钢针测试和磨损测量等繁杂工序,操作过程简单,结果准确;建立岩石磨蚀性指数和矿物加权硬度值的函数关系和分级表,可为隧道掘进机刀具参数选取提供直接依据,具有重要工程应用价值。     

振冲碎石桩成桩过程模拟和桩径预测研究

振冲碎石桩是应对软弱地层的复合地基处理手段,施工质量至关重要,碎石桩径是成桩过程控制的核心指标。在碎石桩和土体宏观和细观参数标定基础上,梳理振冲碎石桩成桩工艺,基于离散单元法开展了振冲碎石桩成孔清孔、填料、振冲挤密等主要成桩过程模拟,并进行桩径预测研究。结果表明：颗粒流离散元能够较好地模拟振冲过程中碎石和土体的相互流动,模型反映出了碎石向土体的过渡界面;留振过程中,碎石和加密段周围土体孔隙率逐渐减小,表明振冲碎石桩对桩周土体有明显的挤密作用;离散单元法能够模拟出碎石与土体的相互作用,绘制的桩径和桩形表现出波动性,与常规公式计算方法相比更接近工程实际。