CCS水電站位于厄瓜多爾的Coca河流域,該河位于Sucumbios和Napo省之間,電站由四部分組成,分別為廠房、調(diào)節(jié)水庫、輸水隧洞和首部樞紐。該水電站總裝機150萬千瓦,年發(fā)電量88億度,是目前厄瓜多爾國內(nèi)最重要的基礎(chǔ)設(shè)施工程。作為引水建筑物的輸水隧洞,對整個工程的安全非常重要,而支護的安全又是輸水隧洞施工的重中之重。論文對以往隧洞的圍巖穩(wěn)定性以及支護結(jié)構(gòu)計算進行分析研究,得出適合CCS水電站輸水隧洞2號施工支洞的有限元數(shù)值方法,在此基礎(chǔ)上,對CCS隧洞工程所采用的的開挖方法和支護方式進行驗證和研究。由于其火山灰地質(zhì)的特殊性,在現(xiàn)場施工或者數(shù)值分析當中都需要考慮很多的實際問題。論文利用ANSYS和3DEC軟件進行計算和分析,采用平面應(yīng)變問題和等效折算法建立計算模型,對隧洞開挖和支護進行數(shù)值模擬。同時融入新奧法原理,采用分步開挖法分五步進行開挖和支護模擬,通過對每個施工環(huán)節(jié)的模擬計算,分析CCS隧洞工程所采用的開挖方法和支護方式情況下位移和應(yīng)力云圖以及塑性區(qū)。圍巖本構(gòu)關(guān)系采用非線性的彈塑性模型,支護結(jié)構(gòu)本構(gòu)關(guān)系采用線性彈性模型,數(shù)值計算采用采用莫爾~庫侖(Mohr-Coulomb)屈服準則。模擬過程中,隧洞施工過程中基本上沒有出現(xiàn)變形,還原了現(xiàn)場施工每個環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的問題,驗證了現(xiàn)有開挖方法和支護方式以及新奧法施工原理的合理性和科學(xué)性。同時也分析得出施工期以及運行期隧洞實時監(jiān)測的重要性。
【學(xué)位單位】：華北水利水電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TV554
【部分圖文】：

17圖 3-1 襯砌斷面型式及類型[23](單位：cm)Figure 3-1 Cross section type and type of lining[23](a)~(f)單層襯砌；(g)~(i)組合式襯砌1-噴混凝土；2-δ=16 mm 鋼板；3-Φ25 cm 排水管；4-Φ20 cm 鋼筋網(wǎng)噴混凝土；5-錨筋城門洞型斷面常應(yīng)用于無壓隧洞中[如圖 3-1 (d)、(i)]。馬蹄型斷面常應(yīng)用于圍巖壓力大、巖石破碎的地層中[如圖 3-1(f)、(h)]，從頂拱到側(cè)墻的襯砌厚度呈增大趨勢。圓形斷面常被用于受理條件和水流條件都較好地隧洞中[如圖 3-1 (a)、(b)、(c)、(g)]。

要進行襯砌的隧洞，可以在隧洞的不同段根據(jù)實際地質(zhì)狀況及需求，選取砌或僅使用一種襯砌型式[24]。常見隧洞襯砌類型有：護面襯砌或平整襯砌、多種組合式襯砌、其他襯砌。襯砌計算的邊值法和有限元法門洞型和馬蹄型斷面常見于無壓隧洞中，其襯砌的計算采用結(jié)構(gòu)力學(xué)法要方便的解答就可以運用襯砌邊值法，但是其假定為圍巖均勻、各向同數(shù)為常數(shù)，計算出的結(jié)果為近似值。大型工程中，洞室的地質(zhì)條件復(fù)雜線性、圍巖各向異性，邊值解法不再適用，此時我們可以利用非線性有限題。于縱軸線較長的隧洞，常采用平面應(yīng)變問題來解決，選取單位長度的洞考慮，建立二維模型，單元形體可采用三角形或者四邊形。劃分有限元圓形隧洞，圍巖計算范圍可取洞寬和洞高的 3~5 倍，對于圓形隧洞則取洞 襯砌邊值問題數(shù)值解法

這就導(dǎo)致剛度矩陣在有限元計算過程中的數(shù)值是隨著應(yīng)變的改變而變化的，受力與位變也存在非線性關(guān)系。此時，需要迭代法的引入，來解決有限元中非線性問題。下面介紹初應(yīng)力迭代法在隧洞襯砌計算中的解法。 f （3.5）設(shè)材料切線彈性矩陣為 0D，可得線彈性應(yīng)力為 e0 D （3.6）由圖 3.3 引進初應(yīng)力 0 ,得出： 0 0 D f （3.7）由 0 產(chǎn)生的單元節(jié)點荷載為 00TevP B dV （3.8）式中：V 代表單元體積（平面問題中為面積）；[B]為單元應(yīng)變矩陣集合節(jié)點周圍的單元，得 0 00Tee evP P B dV （3.9）
【參考文獻】

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本文編號：2860371