基于时效理论解的双层衬砌圆形隧道围岩压力分担的简便计算法

隧道的顺序施工叠加岩石流变特性,使围岩和衬砌的力学状态与时间相关。针对水平和竖向地应力不相等的一般地应力条件下双层衬砌圆形隧道施工问题,采用复变函数方法和Laplace变换,推导了开挖和支护全施工过程任意时刻围岩、衬砌的位移和应力理论解答。理论推导中用任意黏弹性模型模拟岩石流变特性,并在隧道开挖完成后的任意时刻分别施加一次衬砌、二次衬砌。并与相同条件下有限元解进行了比对。为便于工程设计,基于本文时效理论解,通过衬砌压力的机理分析,运用数据拟合的方法,给出了围岩压力分担的简便计算法,公式形式简单、适用范围广,同时也可以实现解析解的类似精度,为科学合理确定二次衬砌施工方案提供了理论依据。结合一算例,针对不同围岩压力分担情况,分别给出二衬施加时刻和二衬厚度建议值。工程中可据此方便、快捷地进行相似工程条件下的初步设计。

西龙池抽水蓄能电站内加强月牙肋岔管围岩分担内水压力设计

埋藏式岔管国内外基本按明管设计,围岩分担内水压力仅作为一种安全储备。西龙池抽水蓄能电站岔管HD值远超过国内已建工程规模,在国内首次采用考虑围岩分担内水压力设计。本文重点介绍西龙池岔管考虑围岩分担内水压力设计成果。首先通过三维有限元结构分析,较系统研究岔管围岩分担内水压力的规律,并初步提出埋藏式岔管的设计原则;通过1∶2.5比尺的现场结构模型试验,最终确定埋藏式岔管设计参数和验证有限元计算成果。

复合式衬砌结构中衬砌分担围岩压力比例的研究

复合式衬砌结构中衬砌分担围岩压力的评价方法是隧道工程技术的重要研究课题之一。依托某新建铁路隧道工程,提出了一种基于监测位移反分析评价围岩和支护应力,进而计算初期支护和衬砌背后压力的方法。根据监测位移和衬砌施作时间,确定初期支护的已发生变形和剩余变形。通过有限元反分析求出与已发生变形和剩余变形相对应的围岩和支护应力,得到初期支护和衬砌背后压力。对比初期支护背后压力及衬砌背后压力的现场监测和反分析的计算结果,两者比较一致,说明了该方法的可行性。该新建隧道初期支护闭合95 d后施作衬砌,计算得到衬砌背后压力约0.04~0.06 MPa,衬砌分担围岩压力比例约13%~16%。研究成果对复合式衬砌结构的设计具有一定的参考意义。

钢衬壁厚对抽蓄电站围岩内水压力分担率的影响

根据实际工程需要,采用FLAC3D数值模拟软件通过改变钢衬壁厚,分析了不同设计内水压力组合条件下,钢衬、混凝土垫层和围岩的位移和变形特征及钢衬环向拉应力,研究了引水钢衬壁厚对围岩内水压力分担率的影响。结果表明,随着壁厚增大,虽可相应减少钢衬径向位移和环向拉应力,但减幅小,效果不显著;随着壁厚变小,钢衬径向位移变大,根据变形协调,有助于荷载传递,提高了围岩分担率,有利于"钢衬-垫层-围岩"联合承载;在满足抗外压稳定验算、焊接工艺和施工安装前提下,壁厚可较大幅减小。研究成果不仅有利于减少不必要的投资,还有利于降低硐室钢衬运输安装等施工难度,可供类似工程设计参考。

混凝土垫层对抽蓄电站引水系统围岩内水压力分担率的影响

基于FLAC^(3D)软件,通过对比分析工程实测数据、数值仿真和规范方法结果,研究引水系统回填混凝土标号改变对钢衬变形和围岩内水压力分担率的影响。结果表明,现行规范在计算钢衬环向应力时,未考虑混凝土垫层,可能导致计算应力值偏差,进而影响围岩内水压力分担率;垫层混凝土标号由C15增加到C25,虽可减小钢衬的径向位移和环向拉应力,提高围岩内水压力分担率,但效果不显著。

基于间隙变化的镇安抽水蓄能电站压力钢管联合承载机理研究

结合陕西镇安抽水蓄能电站,通过结构力学解析方法与数值仿真模拟方法,对不同初始间隙值以及承受不同内水压力的“钢衬-混凝土-围岩”组合结构进行联合承载机理研究。结果表明:间隙值对钢衬环向应力以及内水压力的传递有着显著的影响,将间隙值控制在0.5~1.0 mm范围内可更高效地将内水压力传递至围岩;对于围岩分担率,规范解析法的计算结果小于数值仿真法的,两者相差10%~13%,侧面呈现出混凝土衬砌的作用。在工程实践中,可通过减小联合体之间的间隙,提高回填混凝土的质量,充分利用三者的联合承载机制,减小钢衬环向应力,从而提高围岩分担率。

抽水蓄能电站引水系统钢衬变形和应力实测资料分析

本文通过分析已有抽水蓄能电站实测资料,发现在设计内水压力作用下,钢衬、垫层和围岩中的位移监测值均甚小;通过反算,围岩分担率可达83%。上述认识对数值仿真分析的验证和对比具有重要意义,也对类似工程设计具有一定的参考价值。