近溶腔高压水工隧洞围岩应力位移弹性解

考虑开挖及渗流影响的水工隧洞围岩稳定是一个重要课题,而近溶腔高压水工隧洞围岩应力位移研究是该课题的难点。据此,文章基于弹性假设理论,引入反溶腔作用系数,采用复势理论求解近溶腔水工隧洞开挖问题,获得围岩应力及位移解析表达式。将水工隧洞内水外渗的各影响因素简化为轴对称情况,并将渗流场以渗透体积力方式作用于应力场,采用平面应变理论求得正常运行期的过水公式,最后通过叠加原理求得弹性解。在满足挪威准则条件下,对比内水外渗前后的计算结果,依次探讨反溶腔作用系数、岩石孔隙水压力及埋深等的影响规律。分析结果表明:初次充水对围岩稳定起决定作用;反溶腔作用系数及埋深增大有助于围岩稳定;在岩石孔隙水压力影响下,溶腔一侧环向应力场出现大小值交换现象,而径向应力场并不出现该现象;近溶腔水工隧洞围岩偏压效应随着反溶腔作用系数的增大而弱化。

钻孔弹模计在高压水工隧洞围岩复合灌浆效果评价中的应用

高压水工隧洞围岩地质缺陷多采用水泥或水泥化学复合灌浆以提高围岩的强度、均匀性、抗渗性,及其与衬砌的协调变形能力,而如何通过原位实测获得围岩的变形指标参数是进行灌浆效果评价和围岩与衬砌系统稳定性评价的关键因素或参数之一。基于某抽水蓄能电站高压水工隧洞围岩缺陷灌浆处理,介绍了钻孔弹模计的基本原理、测试方法、数据处理与应用;采用钻孔弹模计对隧洞围岩化学固结灌浆前后的围岩变形指标进行了测试,实测结果不仅可直接用于固结灌浆效果评价,还可为围岩与衬砌系统的稳定性评价提供依据,该试验方法和手段具有广泛的实用性。

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。

高压水工隧洞衬砌承载结构稳定性分析

高压水工隧洞一般应用于大型工程建设,其安全性至关重要,因此,文章利用有限元软件ABAQUS建立高压水工隧洞模型,研究运营期衬砌结构的稳定性。结论表明:钢衬可以承受18-34%比例的弹性荷载,大大降低了围岩与衬砌结构的承载压力;当衬砌结构受内部高压受损开裂时,腰拱处受损最大,并往腰拱两侧继续发展,导致严重开裂处的局部接触面发生拉伸断裂。围岩的塑性破坏区因水头的渗入而增大,特别是在腰拱衬砌严重断裂处,说明水的渗入会影响围岩的稳定性。衬砌中考虑黏结滑移时,有张力硬化作用,会减少裂缝宽度,提高裂隙间构件的刚度,使衬砌结构难以产生新的裂隙,增加结构稳定性。文章期望通过这些研究结果,可以完善高压水工隧洞衬砌结构稳定性的研究,为其他隧洞的施工设计提供参考。

水工高压隧洞结构设计中若干问题的讨论

目前国内水工高压隧洞结构设计尚无适用的规范可循 ,主要依据挪威准则和最小地应力准则 ,在高压隧洞应力分析时主要有面力理论和体力理论两种 .面力理论无法反映水工高压隧洞的实际受力状态 ,尤其是当水头值较高时所得计算结果失真 ;现有的体力理论往往不考虑高压固结灌浆的影响 .本文通过计算对比并结合工程实践经验 ,讨论了面力理论和体力理论的适用条件 ,并得出结论认为 ,对水头值大于 15 0m的压力隧洞 ,面力理论不适合 ,应采用体力理论 ,同时应对渗流场和应力场进行耦合分析 .并指出由于围岩是高压隧洞的主要承载结构 ,应强调高压固结灌浆的重要性 ,建议对完整的Ⅱ、Ⅲ类围岩合理的灌浆深度取为 0

水工高压隧洞结构设计探讨

我国水工高压隧洞结构工程设计中主要遵循的是挪威准则和最小地应力准则。本文讨论了国内现有的面力理论和体力理论的研究方法、存在的问题和适用条件。提出高压固结灌浆设计是隧洞的关键，并对水工隧洞中普遍采用的高压固结灌浆对围岩应力场的影响进行了研究分析，提出了灌浆区域设计的建议。

基于体力理论和边值法相结合的水工高压隧洞衬砌内力计算

本文将内水荷载作为体力并与边值法相结合,考虑衬砌透水并与围岩脱开后在衬砌与围岩之间存在的渗透水压力,编制了水工高压隧洞衬砌内力计算程序,并给出了算例。结果表明,与体力理论结合的边值法求出的内力显著减小,大幅降低了配筋量,更符合实际。另外,通过分析还得出围岩承载比随衬砌厚度增大而减小,随衬砌半径增大而增大,随围岩渗透系数减小而增大的结论,可为工程实际提供参考。

体力理论与边值法相结合的水工高压隧洞衬砌内力计算

文章主要将水工高压隧洞的内水荷载当作体力,然后再结合边值法,并考虑到水工高压隧洞衬砌发生透水并且衬砌与围岩两者脱离后,两者之间的渗透水压,从而制定出针对衬砌内力的计算依据,最后结合实际算例做出说明。从实际得出的结果显示出,采用两者结合的方法计算出的内力明显减少,对于配筋的数量大量减少,更能符合工程的实际需求。

高压引水隧洞衬砌的透水设计研究

国内大都采用荷载结构法及限裂设计的方法对水工高压隧洞的衬砌进行不透水设计。而实践证明,不透水设计并不适合于高压引水隧洞,它将导致过高的配筋量。目前,国内水工高压隧洞结构透水设计尚无适用的规范可循,因此,有必要寻求一种合理、安全的透水设计方法。针对水工高压隧洞,基于体力理论,提出一种对衬砌结构进行透水设计的有限元计算方法,并将其应用于某水电站工程。该方法可模拟隧洞的施工过程和运营检修工况,考虑渗流场和应力场的直接耦合作用,根据内力值计算衬砌裂缝的开展宽度以及相应的配筋量等。通过对比分析,说明在衬砌透水设计中隧洞满水状态为对其进行配筋的控制工况,且结果更符合工程实际,并能大大节省配筋量。

水工高压隧洞钢筋混凝土衬砌结构设计探讨

随着我国抽水蓄能电站的发展，以及西部水电的开发，大直径、高水头的水工隧洞不断增多，水工高压隧洞钢筋混凝土衬砌结构设计遇到的问题、矛盾较为突出，以下对其进行初步探讨。

Stress characteristics of surrounding rocks for inner water exosmosis in high-pressure hydraulic tunnels

Seepage and stress redistribution are the main factors affecting the stability of surrounding rock in high-pressure hydraulic tunnels.In this work,the effects of the seepage field were firstly simplified as a seepage factor acting on the stress field,and the equilibrium equation of high pressure inner water exosmosis was established based on physical theory.Then,the plane strain theory was used to solve the problem of elasticity,and the analytic expression of surrounding rock stress was obtained.On the basis of criterion of Norway,the influences of seepage,pore water pressure and buried depth on the characteristics of the stress distribution of surrounding rocks were studied.The analyses show that the first water-filling plays a decisive role in the stability of the surrounding rock; the influence of seepage on the stress field around the tunnel is the greatest,and the change of the seepage factor is approximately consistent with the logarithm divergence.With the effects of the rock pore water pressure,the circumferential stress shows the exchange between large and small,but the radial stress does not.Increasing the buried depth can enhance the arching effect of the surrounding rock,thus improving the stability.