某水电站引水隧洞高岭土化蚀变段变形特征及支护措施研究

某水电站隧洞沿线高岭土化蚀变岩体发育,分布无规律,地质条件复杂。通过数值计算分析,结合现场工程实践经验,对全断面高岭化土化蚀变段隧洞变形特征进行了分析,针对隧洞受力特点和开挖过程中遇到的问题,对锚杆、钢拱架、超前注浆支护参数进行了敏感性分析,为高岭土化蚀变段长大引水隧洞安全和高效施工提供科学依据。

水工圆形隧洞围岩衬砌摩擦滑动接触的新解法

在实际工程中,围岩和衬砌接触时,它们之间并非完全光滑,也并非可以承受任意大的摩擦力.如果围岩与衬砌之间的剪应力大于所能承受的最大静摩擦力,接触面间将发生切向滑动,定义接触面上产生最小滑动量的状态为衬砌的真实工作状态,这种接触即为摩擦滑动接触.以库仑摩擦模型模拟围岩和衬砌之间的摩擦滑动接触,在考虑支护滞后效应的前提下,利用平面弹性复变函数方法列出了应力边界条件、应力连续条件以及位移连续条件的方程,再结合最优化理论,建立了具有一般性的摩擦滑动接触解法.在利用混合罚函数法求解最优化问题的过程中,减少了设计变量的个数,极大地简化了优化模型,提升了优化过程的迭代速度以及优化结果的精度.以此为基础,获得了围岩和衬砌相互作用下圆形水工隧洞的应力解析解.该方法可以求解光滑接触和完全接触两种极限情况,具有一般性.同时,利用一种精确的计算方法得到了不同情况下满足完全接触条件摩擦系数的阈值,还分析了衬砌和围岩边界上切向应力的变化规律.

光滑接触条件下非圆形有压隧洞应力及位移解析解

考虑支护滞后的力学过程,并在衬砌与围岩为光滑接触的条件下,利用平面弹性复变函数法推导出非圆形隧洞在原始地应力和内水压力作用下的应力及位移解析解。根据衬砌内边界的应力边界条件及围岩与衬砌接触面上的应力和法向位移连续条件,获得了求解围岩和衬砌解析函数的基本方程。利用幂级数方法求解基本方程,再由此计算围岩和衬砌中的应力和位移,并且利用数值方法验证了所得结果。以直墙半圆拱形隧洞为例,分析了不同位移释放系数、侧压力系数和内水压力条件下的围岩开挖边界和衬砌内外边界的切向应力及围岩与衬砌接触面上的法向应力分布规律。研究成果可为求解深埋隧洞围岩与衬砌的应力及位移解析解提供参考。

完整岩石拉压应力状态下的张裂破坏准则

一点的应力状态可由3个主应力σ_(1),σ_(2),σ_(3)来表示,当规定主应力以压为正时,沿最大主应力σ_(1)方向将产生收缩变形,若中间主应力σ_(2)和最小主应力σ_(3)都远小于σ_(1),则沿σ_(2)和σ_(3)方向会产生横向扩张变形,当横向扩张变形达到一定极限时,将会在平行于σ_(1)的方向产生张裂破坏.如何建立这种张裂破坏的强度准则目前尚缺乏研究,最大拉应变理论(第二强度理论)有时被用来解释张裂破坏,但最大拉应变理论难以应用于三向受力状态.本文分别用ε_(1),ε_(2)表示最大张应变和次大张应变,则最大拉应变理论认为当ε_(1)达到单向拉伸屈服应变时,材料将产生破坏.而本文将根据ε_(1)+ε_(2)之和达到极限值ε_(u)来建立张裂破坏准则.可以证明ε_(1)+ε_(2)所表示的是σ_(1)主平面的面积增长率.当σ_(3)<σ_(2)≪σ_(1)时,大部分岩石都具有脆性破坏的特点,所以可将破坏前的岩石视为满足广义胡克定律的线弹性材料,这样用ε_(1),ε_(2)表示的强度准则可通过σ_(1),σ_(2),σ_(3)来表示.在这个过程中还可考虑岩石在拉伸和压缩时具有不同弹性参数和强度的特点,并可通过单向拉伸和单向压缩的破坏状态来确定ε_(u).不管σ_(1),σ_(2),σ_(3)是压应力,还是拉应力,或者σ_(1),σ_(2),σ_(3)中有拉有压的情形,基于ε_(1)+ε_(2)=ε_(u)都可建立相应的强度准则.所建立的准则可以反映中间应力σ_(2)对强度的影响规律,通过建立的强度准则还可以证明:静水拉力能引起屈服,而静水压力不能产生屈服;压缩破坏能使塑性体积增大,其结果比Mohr-Coulomb准则更能反映实际情形.并通过拉压应力状态下的试验数据验证了所建立的强度准则,所得理论计算结果和已有的试验数据吻合得很好.通过提出的强度准则和圆盘劈裂的试验结果,可获得更为可靠的岩石单轴抗拉强度.

非圆形压力隧洞考虑支护滞后过程的应力与位移解析解

基于平面弹性复变函数中的保角变换方法,考虑衬砌的支护滞后效应,并认为衬砌与围岩完全接触,提出了带有衬砌的非圆形水工隧洞在原始地应力和内水压力共同作用下的应力与位移解析解,且求解过程中采用幂级数法简化计算。以马蹄形隧洞为例,用ANSYS进行数值计算,并与解析解进行对比验证;计算隧洞围岩开挖边界和衬砌内外边界的切向正应力以及围岩与衬砌之间的接触应力;讨论在不同侧压力系数、位移释放系数和内水压力下围岩与衬砌的应力分布规律。结果显示:解析解与数值解吻合较好;位移释放系数和内水压力对衬砌及围岩的应力分布影响显著,当位移释放系数和内水压力较大时,在衬砌内边界将出现拉应力区。研究结果为非圆形水工隧洞的围岩与衬砌的应力与位移分析提供了可行方法。

灌浆法在隧道施工中的应用

灌浆法主要是利用了灌浆发的加固作用。主要对灌浆法进行概述,分析当前公路桥梁隧道施工的问题,并对灌浆法在公路桥梁隧道施工中的应用进行具体分析。灌浆法是施工过程中常用的方法,可以解决施工只能够出现的问题,保证施工质量,保障公路桥梁及隧道的安全性。