上下台阶开挖下城门形隧洞纵向变形规律分析

隧洞纵向变形规律曲线能有效地反映洞壁围岩变形随掌子面推进的演化过程,然而,原有适用于圆形隧洞全断面开挖的纵向变形规律公式是否适用于城门形隧洞分部开挖,尚需进行进一步的验证。本文借助于FLAC3D软件对城门形隧洞上下台阶分部开挖下的纵向变形规律进行了研究,并对不同初始地应力条件、不同围岩类型下该规律的变化进行了深入分析,提出了确定该规律的经验公式,并与紫坪铺工程导流隧洞现场监测数据进行了对比,研究发现:上下台阶开挖下的纵向变形规律曲线与全断面开挖具有相似的形状,但是掌子面处的位移比ur(0)/ur∞存在较大差异;当侧压力系数大于1.0时,变化水平应力对边墙测点的纵向变形规律曲线影响较小;采用平面应变模型并结合本文提出的经验公式可对城门形隧洞上下台阶开挖下的纵向变形规律曲线进行预测。工程实例验证表明,采用经验公式计算所得曲线与监测数据比较吻合。利用本文经验公式能简便、较准确地预测围岩变形规律,结合监测数据进而可对隧洞总变形进行初步预测。

城门洞形断面隧洞正常水深的近似算法

城门洞形断面隧洞是输水工程中较常采用的一种形式,但其正常水深方程是超越方程,数学上无解析解。目前采用的图解、试算等方法存在着计算过程繁琐且计算精度差的缺陷。应用拟合法提出了近似计算公式,其形式简捷、结论准确。在工程常用范围内(0<h/r≤1.8)最大误差<0.2%。

普通城门洞形隧洞弯段二次流对动能修正系数的影响

采用CFD方法和带旋修正的κ-ε模型对水平面上普通城门洞形隧洞弯段断面进行三维数值模拟,分析了二次流对普通城门洞形隧洞弯段断面动能修正系数的影响。结果表明,普通城门洞形隧洞弯段形成了一对反向不对称的二次流,上部螺线形流线区域对动能修正系数值有决定性作用,形成的环形流线区域和梯度越大,动能修正系数越小;大曲率弯段断面动能修正系数值大于小曲率弯段断面动能修正系数值;弯段中的二次流引起流速的重分布,对弯段断面动能修正系数值有削减作用。

再论城门洞形断面隧洞正常水深的近似计算

一般城门洞形是无压输水隧洞工程中最为常用的断面形式,其正常水深方程是超越方程,无解析解。目前常用的计算方法有查图表法或迭代试算法,它们存在着计算繁琐、误差较大等缺陷。应用拟合法提出了近似计算公式,在工程常用范围内此公式为线性方程,其形式最为简洁,最大误差小于0.62%。

标准城门洞形隧洞水面线的直接计算方法

目前明渠水面线计算中各常规方法普遍存在过程繁琐、应用不便的问题,从明渠渐变流基本微分方程出发,研究简便直接的计算方法是可行必要的。根据标准城门洞形断面的几何特征,推导出断面不同水深的水力参数计算式。通过无量纲化处理和优化拟合理论,将渐变流基本方程转化为通用函数积分表达式,得到了直接计算标准城门形隧洞水面线的积分公式。通过算例比较分析,直接计算方法计算方便,其与分段试算法的最大误差小于0.64%,计算精度完全满足工程应用需要。

城门洞形隧洞弹塑性参数反演方法探讨

本着从实践中寻求解决问题的思想,课题组于2006年针对圆形隧洞提出了一套简单易行的弹塑性参数反演方法。在此基础上,本文基于复变理论将该法进一步推广至城门洞形隧洞,并对强度参数反演的合理性和唯一性进行了探讨。首先以城门洞形隧洞围岩变形的弹性解为基础,推证了拱顶竖向位移和侧壁中点位移之比与弹性模量无关这一结论,进而构建了城门洞形隧洞弹性参数反演理论。随后从实用的角度出发,指出以相同比例将拱顶和侧壁位移的计算值与实测值进行对应作为评价反演结果的标准并不可取,进而根据隧洞开挖应力释放规律,对强度参数反演评价标准进行了改进,并从数学角度出发探讨了强度参数反演的唯一性。最后通过实际工程对城门洞形隧洞弹塑性参数反演方法的适用性和可靠性进行了验证,以期该研究成果能够使岩土工程反演方法更加适用于实际工程。