深埋隧洞开挖数值模拟分析的纵向模型范围研究EI北大核心CSCD

模型范围是影响数值分析计算精度与效率的重要因素,针对深埋隧洞开挖数值模拟分析问题,采用有限差分软件FLAC^(3D)和复合失稳准则,对计算模型的纵向范围取值问题展开研究。首先分析了深埋隧洞开挖过程中围岩纵向变形以及未开挖岩塞对围岩变形的约束作用,然后研究了近端边界和远端边界对监测断面位置处围岩变形的影响,最后采用最小二乘法对多组计算结果进行了位移误差分析,并给出了纵向模型范围的取值建议。研究结果表明,当监测断面距掌子面大于10倍洞径时,未开挖岩塞的约束作用基本消失;远端边界以及近端边界与监测断面的最大位移误差值之间均基本满足幂函数关系,且远端边界对监测点位移误差的影响要大于近端边界;深埋隧洞开挖数值模拟中,纵向模型范围取7.5倍洞径即可满足一般数值分析的精度要求。     

深埋隧洞开挖数值模拟分析的纵向模型范围研究

模型范围是影响数值分析计算精度与效率的重要因素,针对深埋隧洞开挖数值模拟分析问题,采用有限差分软件FLAC3D和复合失稳准则,对计算模型的纵向范围取值问题展开研究。首先分析了深埋隧洞开挖过程中围岩纵向变形以及未开挖岩塞对围岩变形的约束作用,然后研究了近端边界和远端边界对监测断面位置处围岩变形的影响,最后采用最小二乘法对多组计算结果进行了位移误差分析,并给出了纵向模型范围的取值建议。研究结果表明,当监测断面距掌子面大于10倍洞径时,未开挖岩塞的约束作用基本消失;远端边界以及近端边界与监测断面的最大位移误差值之间均基本满足幂函数关系,且远端边界对监测点位移误差的影响要大于近端边界;深埋隧洞开挖数值模拟中,纵向模型范围取7.5倍洞径即可满足一般数值分析的精度要求。     

钢衬钢筋混凝土压力管道外包混凝土的裂缝控制研究

基于钢衬钢筋混凝土压力管道在设计荷载下外包混凝土将带裂缝工作的基本承载特性,以缓解开裂与限裂间的矛盾为指导思想,将减小坝后背管外包混凝土裂缝宽度和提高开裂管道的耐久性作为研究目的,结合模型试验和有限元法,研究了一些裂缝控制措施的应用效果,以及有效的计算内水压力下钢衬外包混凝土裂缝宽度的公式。结果表明：总用钢量相同时,减薄钢衬,加大钢筋用量,减小裂缝宽度效果明显;减薄钢衬外包混凝土厚度,也可减小裂缝宽度;性能可靠的防水涂料具备黏接性强和变形能力高的基本性质,可进一步研究其对提高管道耐久性的长期作用;采用П-780-83规范中的裂缝宽度公式,计算结果与模型试验结果较为符合。     

水工隧洞钢筋混凝土衬砌非线性有限元分析

在已有岩土程序的基础上,考虑混凝土材料的开裂特性,增加了钢筋和混凝土开裂的模拟功能,编制了相应的非线性有限元计算程序,实现了塑性迭代和开裂迭代计算的耦合。结合某水电站导流隧洞的工程实例,进行了施工、运行和封堵全过程仿真分析。计算过程显示：本算法迭代计算稳定,收敛性好,满足精度要求。同时研究结果表明：运行期,混凝土衬砌的开裂范围、裂缝宽度和相应的钢筋应力随着衬砌与围岩之间初始缝隙值的增大而增大;封堵期,围岩塑性区随着外水位的增加而增大,需要采取相应的加固措施保证围岩稳定。     

重力坝坝后背管高烈度地震反应研究

考虑管道外包混凝土在设计荷载下开裂的影响,采用振型分解反应谱法,研究了重力坝坝后背管在9度地震作用下的自振特性和承载性能规律。研究表明:管道外包混凝土开裂对结构的自振特性影响较小,而对管道钢材应力和管腰截面应力影响较大;高烈度地震作用使背管上弯段至斜直段顶部出现双向裂缝,不利于钢衬与外包混凝土联合承载,同时管坝接缝面和管腰截面呈现较大的拉剪应力状态,不利于管道和坝体的联合承载;坝段间、岸坡坝段与岩体间有可靠的相互约束作用时,横河向地震作用对整体结构的承载性能影响很小。     

水工隧洞内水外渗耦合分析

在水荷载体力理论的基础上,引入钢筋应变不均匀系数和混凝土应变不均匀系数。计算衬砌渗透系数,引入反映钢筋混凝土衬砌与围岩有条件联合承载特性的充水夹层单元模型,采用等效耦合分析方法,对水工隧洞内水外渗条件下的衬砌钢筋应力和围岩应力状态进行了计算分析。计算结果表明,与考虑衬砌与围岩完全联合承载的耦合分析方法相比,钢筋应力有了较大幅度的降低,在一定程度上反映了钢筋混凝土衬砌高压隧洞运行过程中钢筋应力水平普遍较低的这一工程特性。     

水工隧洞钢筋混凝土衬砌外水压力取值方法研究

外水压力是隧洞衬砌承受的主要荷载之一,也是控制其建设与运行或检修过程中衬砌结构安全的关键因素。目前外水压力的取值仍然以经验公式为主,存在很大的局限性和不准确性。首先分析对比了衬砌外水压力的折减系数法、理论解析方法和数值分析方法几种取值方法,然后进行了不同渗透环境和衬砌支护条件下的衬砌外水压力计算。结果表明,随着围岩渗透性和衬砌厚度的增大,衬砌外表面的水压力越大;对于渗流数值计算,模型范围应取距离隧洞中心不小于30倍洞径;考虑渗流场的时间效应,开挖完成10 d后隧洞的渗流场趋于稳定,衬砌支护20 d后衬砌外侧水压力分布趋于稳定。     

钢衬钢筋混凝土坝后背管管坝接缝面安全评价

总结了钢衬钢筋混凝土坝后背管管坝接缝面的构造方式,分析了接缝面的破坏机理,指出地震作用组合工况下接缝面主要有沿缝面的剪切破坏模式和垂直缝面的受拉破坏模式。针对这两种破坏模式,建立了基于接缝面应力状态的极限状态设计表达式,用于对接缝面做结构设计和安全评价。算例分析表明,高烈度地震作用使接缝面呈现较大的拉剪应力状态,采用台阶形键槽并配置适量锚筋可使接缝面满足安全要求,管道与坝体能可靠地联合承载。     

刘家峡水电站扩机工程调压井结构研究

基于三维有限元法,对刘家峡水电站扩机工程调压井结构进行了静力、反应谱分析及非线性有限元分析,评价了结构的荷载效应。首先根据线弹性有限元分析结果,采用拉应力图法对调压井衬砌结构进行了配筋;然后以考虑混凝土开裂的非线性有限元方法校核结构强度和裂缝宽度。通过调整配筋面积,提出了适合于该水电站扩机工程调压井结构的最优结构型式和配筋方案。     

内水压力下水工隧洞衬砌与围岩承载特性研究

衬砌与围岩是水工隧洞的主要组成部分,内水压力是其承担的主要荷载之一。采用轴对称计算模型,以衬砌与围岩间接触应力状态为判断标准,研究了衬砌混凝土开裂前后围岩渗透系数、变形模量等材料参数对衬砌与围岩联合承载特性的影响,详细地介绍了透水衬砌的设计方法和计算过程,以混凝土最大裂缝宽度为控制标准,编制了透水衬砌结构计算与配筋设计程序,并给出了算例验证。计算结果表明,围岩渗透系数是隧洞结构设计的关键,与围岩变形模量具有同等重要作用;围岩透水性越差或变形模量越低,衬砌与围岩越容易脱开;与混凝土开裂前相比,混凝土开裂后,衬砌与围岩更容易脱开;与钢板衬砌方案相比,钢筋混凝土衬砌方案可以很大程度地减小钢材用量;建议高压钢筋混凝土衬砌隧洞设计、施工时,应尽可能地保持围岩的完整性,并进行细致周密的固结灌浆,以增强围岩抗渗能力。