壓力隧洞內(nèi)水外滲的滲流-應(yīng)力-開裂耦合分析.pdf

1、由于壓力隧洞賦存環(huán)境的不確定性,襯砌與圍巖聯(lián)合工作及結(jié)構(gòu)破壞機理的復(fù)雜性,其設(shè)計和結(jié)構(gòu)計算難度遠(yuǎn)大于地面結(jié)構(gòu),加之抽水蓄能電站的大量興建,壓力隧洞正往“洞線長、洞徑大、埋藏深”的方向發(fā)展,更增加了其設(shè)計和結(jié)構(gòu)計算的難度,尤其是壓力隧洞內(nèi)水外滲分析還缺乏可靠的模型。因此按現(xiàn)行的《水工隧洞設(shè)計規(guī)范》(DL/T5195-2004)進(jìn)行壓力隧洞設(shè)計存在諸多問題,如:襯砌采用限裂設(shè)計,得出的配筋量較大,從埋設(shè)在高壓隧洞中的鋼筋計實測數(shù)據(jù)來看,鋼筋

2、應(yīng)力遠(yuǎn)小于設(shè)計計算值。
　　 本文即是針對壓力隧洞內(nèi)水外滲分析存在的問題,研究提出帶有滲流分析功能的裂縫單元模型,建立壓力隧洞內(nèi)水外滲的滲流-應(yīng)力-開裂耦合分析模型,擬定代表性的壓力隧洞斷面模型,進(jìn)行內(nèi)水外滲的滲流-應(yīng)力-開裂耦合計算分析,研究壓力隧洞滲透穩(wěn)定性與圍巖地質(zhì)條件、初始地應(yīng)力、襯砌類型及厚度等的關(guān)系,研究成果可為壓力隧洞破壞機理及其數(shù)值模擬、壓力隧洞襯砌結(jié)構(gòu)形式選擇及其設(shè)計提供科學(xué)的參考依據(jù)。主要研究內(nèi)容如下:

3、>　　 (1)針對目前壓力隧洞設(shè)計現(xiàn)實和設(shè)計規(guī)范均不是很完善、結(jié)構(gòu)計算缺乏可靠方法以及內(nèi)外水荷載作用下圍巖襯砌聯(lián)合承載機理研究還不深入的現(xiàn)狀,對壓力隧洞設(shè)計準(zhǔn)則、結(jié)構(gòu)計算、圍巖襯砌聯(lián)合承載機理以及內(nèi)外水荷載施加方式這四個方面的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述,并指出存在的不足,可為壓力隧洞的設(shè)計和結(jié)構(gòu)計算提供參考。
　　 (2)在傳統(tǒng)離散裂縫模型的基礎(chǔ)上,提出了帶有滲流分析功能的裂縫單元模型?；贐iot固結(jié)理論和內(nèi)水荷載施加的體力理論,建

4、立了壓力隧洞內(nèi)水外滲的滲流-應(yīng)力-開裂耦合分析模型。選擇一圓形斷面壓力隧洞進(jìn)行了內(nèi)水外滲的滲流-應(yīng)力-開裂耦合計算,并與實測結(jié)果作了定性對比分析.結(jié)果表明本文模型是合理可行的,可用于壓力隧洞內(nèi)水外滲的滲流-應(yīng)力-開裂耦合分析.
　　 (3)為了研究壓力隧洞滲透穩(wěn)定性與圍巖變模、圍巖滲透系數(shù)、地應(yīng)力、襯砌類型及厚度等的關(guān)系,基于壓力隧洞內(nèi)水外滲的滲流-應(yīng)力-開裂耦合分析模型,擬定了不同圍巖滲透系數(shù)、不同圍巖變模、不同初始地應(yīng)力、不