為了避免輸水隧洞混凝土襯砌在運(yùn)行中可能會(huì)出現(xiàn)不同程度的開裂破壞現(xiàn)象。為評(píng)價(jià)襯砌結(jié)構(gòu)安全性,有必要開展輸水隧洞混凝土襯砌結(jié)構(gòu)的開裂分析,并揭示其裂縫開展及分布規(guī)律。以華東地區(qū)湯浦水庫有壓輸水隧洞為例,建立隧洞圍巖-襯砌結(jié)構(gòu)非線性有限元模型,研究在內(nèi)水壓力等荷載綜合作用下襯砌結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、變形狀態(tài),并通過分級(jí)加載揭示了襯砌結(jié)構(gòu)在內(nèi)水壓力作用下的破壞模式。研究結(jié)果表明:在高內(nèi)壓作用下,混凝土襯砌首條裂縫出現(xiàn)在襯砌結(jié)構(gòu)的幾何轉(zhuǎn)角區(qū)域;由于受裂縫區(qū)域應(yīng)力釋放的影響,后續(xù)裂縫開展呈現(xiàn)出近似對(duì)稱的規(guī)律。因此,在襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安全運(yùn)行監(jiān)測時(shí)應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)幾何轉(zhuǎn)角區(qū)域給予足夠重視。 

【文章來源】：人民長江. 2020,51(S1)北大核心

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

圖1 支護(hù)結(jié)構(gòu)

為評(píng)價(jià)有壓輸水隧洞在內(nèi)水壓力作用下的襯砌結(jié)構(gòu)安全性，以承受內(nèi)水壓力（考慮隧洞運(yùn)行過程中產(chǎn)生的水錘壓力）大為原則確定分析斷面，建立有限元模型。模型自隧洞中心向水平兩側(cè)及底部取足夠大的計(jì)算范圍（約15倍洞徑）以避免計(jì)算模型截?cái)噙吔鐚?duì)分析結(jié)果產(chǎn)生的影響，計(jì)算模型頂部邊界按實(shí)際地形取至地表。在有限元網(wǎng)格剖分過程中，依據(jù)實(shí)際巖層分界線（強(qiáng)風(fēng)化下限、弱風(fēng)化下限）模擬圍巖分區(qū)，并按照設(shè)計(jì)方案對(duì)主要支護(hù)措施進(jìn)行模擬。模型采用4節(jié)點(diǎn)四邊形等參數(shù)實(shí)體單元模擬圍巖與混凝土襯砌，采用桿單元模擬支護(hù)錨桿與襯砌鋼筋，并在桿單元與實(shí)體單元之間施加位移協(xié)調(diào)約束條件。圖2給出了圍巖-支護(hù)（襯砌）結(jié)構(gòu)有限元整體網(wǎng)格，整體模型共包含14719個(gè)單元，14 237個(gè)節(jié)點(diǎn)。2.2 計(jì)算參數(shù)

圖6給出了混凝土襯砌在各級(jí)壓力水頭下的開裂過程。圖7給出了第1條貫通裂縫產(chǎn)生后混凝土襯砌的環(huán)向應(yīng)力與環(huán)向位移云圖。當(dāng)內(nèi)壓水頭由107 m增加到108 m過程中襯砌左下角出現(xiàn)第1條貫通裂縫，隨后在右側(cè)拱腰上部出現(xiàn)第2條貫通裂縫。第一條裂縫出現(xiàn)后，裂縫附近混凝土襯砌的應(yīng)力水平降低，形成應(yīng)力釋放區(qū)，其余區(qū)域應(yīng)力量值及分布變化較小（見圖7(a））。此時(shí)，裂縫處襯砌的環(huán)向位移出現(xiàn)了明顯的不連續(xù)（見圖7(b）），且位移主要集中在裂縫附近。繼續(xù)增加壓力水頭至112 m時(shí)，混凝土襯砌出現(xiàn)第3條裂縫，位于拱頂左側(cè)。內(nèi)壓增加到114 m時(shí)，襯砌右下角出現(xiàn)第4條貫通裂縫。當(dāng)內(nèi)水壓力水頭增至125 m時(shí)拱頂右側(cè)出現(xiàn)第5條貫通裂縫。繼續(xù)增大內(nèi)水壓力水頭至130 m時(shí)，在襯砌左側(cè)拱腰附近出現(xiàn)第6條貫通裂縫。隨著內(nèi)水壓力的增大，襯砌的左右拱腰以及拱頂與底板的相對(duì)位移逐漸變大，但變化速率整體保持不變，襯砌變形仍呈現(xiàn)擴(kuò)張趨勢。圖4 環(huán)向應(yīng)力（單位：Pa)

【參考文獻(xiàn)】：
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