深厚砂卵礫石覆蓋層中大尺寸調(diào)壓井沉井應(yīng)力變形數(shù)值模擬分析.pdf

1、把不同斷面形狀的井筒，按邊排土邊下沉的方式使其沉入地下，即為沉井。隨著鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，以及現(xiàn)代施工技術(shù)和施工機械的不斷革新，沉井已逐步發(fā)展成為各類土層內(nèi)，各種深埋地下構(gòu)筑物圍護結(jié)構(gòu)的一種常用型式。然而巖土工程的復(fù)雜性和大型沉井結(jié)構(gòu)施工過程的動態(tài)不確定性以及非決定性時變系統(tǒng)特點，使得沉井下沉施工時的結(jié)構(gòu)安全問題備受關(guān)注。
　　 本文結(jié)合一布置在深厚砂卵礫石覆蓋層中的大尺寸調(diào)壓井沉井開展研究。由于前期勘察對砂卵礫石覆蓋層厚度判

2、斷有誤，在該沉井下沉至原有設(shè)計深度36m時發(fā)現(xiàn)下部砂卵礫石層還有29m之厚。在這種情況下，對該沉井繼續(xù)下沉進行科學(xué)合理的分析無疑是非常重要的。本文借助ANSYS大型通用有限元軟件，建立調(diào)壓井沉井三維有限元模型，重點對沉井繼續(xù)下沉施工以及下沉過程中的脫空現(xiàn)象進行了數(shù)值模擬分析。最后對調(diào)壓井下部混凝土滑模施工、阻抗孔開挖以及調(diào)壓井運行期進行了數(shù)值模擬分析。具體工作分為以下幾個部分：
　　 (1)建立調(diào)壓井沉井三維有限元計算模型，通過

3、不斷變換沉井井壁和刃腳深度的方法模擬沉井下沉的施工過程。重點對沉井下沉至不同深度時的沉井井壁和刃腳的應(yīng)力、位移分布以及最大值進行分析。同時以彈性力學(xué)厚壁圓筒理論方法，求解沉井下沉至不同深度時的應(yīng)力、應(yīng)變解析解。最后由數(shù)值解和解析解綜合分析得出沉井繼續(xù)下沉施工能夠滿足混凝土設(shè)計強度。
　　 (2)沉井下沉過程中會存在突沉、難沉等問題。因而針對與井壁四周摩擦力緊密相關(guān)的土層摩擦系數(shù)進行敏感性分析。以研究土層摩擦系數(shù)對沉井下沉施工過程

4、中的應(yīng)力、變形影響。通過增大、減小土層摩擦系數(shù)進行計算發(fā)現(xiàn)，該工程中土層摩擦系數(shù)對沉井的應(yīng)力、變形影響較小。
　　 (3)由于條件限制而采用傳統(tǒng)自沉工法施工時，下沉垂直度難以控制，易發(fā)生脫空，安全控制難度很大。而沉井脫空一般伴生有傾斜現(xiàn)象，產(chǎn)生過大的傾斜，必然導(dǎo)致一側(cè)土壓力的急劇增大，甚至需要克服井壁側(cè)面的被動土壓力來糾偏，最后導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。針對這一問題，通過模擬沉井不同方位脫空和不同深度脫空來研究沉井下沉至不同深度時脫空后

5、的應(yīng)力、變形狀態(tài)。由計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著施工深度的增加，沉井自重增大，側(cè)壁土壓力增大，沉井受力狀態(tài)愈復(fù)雜，脫空對沉井的受力狀態(tài)、位移變形影響愈明顯。特別是施工至第八節(jié)以后，脫空效應(yīng)明顯，拉應(yīng)力最大值趨于混凝土設(shè)計強度極限，對沉井安全威脅越大。
　　 (4)沉井下部調(diào)壓井系統(tǒng)的開挖和襯砌施工對圍巖壓力有著直接的影響，進而影響沉井的受力狀態(tài)。故對調(diào)壓井下部滑模現(xiàn)澆混凝土、阻抗孔、引水隧洞施工期進行數(shù)值模擬。研究沉井的受力狀態(tài)可知，沉井

6、下部調(diào)壓井洞室系統(tǒng)的開挖和襯砌施工對沉井結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、變形影響有限，整個施工過程中沉井結(jié)構(gòu)安全。并且調(diào)壓井下部調(diào)壓井系統(tǒng)的襯砌本身能夠滿足混凝土設(shè)計強度。
　　 (5)通過改變井壁內(nèi)、外水壓力的大小來模擬調(diào)壓井運行期和檢修期不同水頭高程下的運行工況。對比分析不同水頭下調(diào)壓井的應(yīng)力、變形可知，該調(diào)壓井在運行期和檢修期是安全的。
　　 (6)通過對計算模型施加水平方向加速度的方法，對調(diào)壓井進行擬靜力分析。以此來研究調(diào)壓井系統(tǒng)在