高壓水作用下水工隧洞襯砌開裂難以避免,透水襯砌設(shè)計關(guān)鍵是確定襯砌與圍巖聯(lián)合承載條件下的鋼筋混凝土襯砌結(jié)構(gòu)受力特征和裂縫控制標準。本文基于壓力隧洞襯砌裂縫起裂和擴展特點,分析了傳統(tǒng)裂縫計算公式及以數(shù)值仿真計算方法的工程適用性,并針對襯砌的主要設(shè)計參數(shù)進行了裂縫寬度敏感性分析;通過裂縫控制標準解析、數(shù)值仿真及工程實際量測的結(jié)果對比,提出了衡量襯砌裂縫控制標準的關(guān)鍵依據(jù)。研究結(jié)果表明,盡管實測裂縫寬度往往大于限裂標準,但多數(shù)工程仍正常運行,現(xiàn)行國內(nèi)外規(guī)范的裂縫控制標準過于苛刻,降低了支護結(jié)構(gòu)材料的利用效率,應(yīng)建立與工程實際相符合的裂縫寬度控制標準。兼顧壓力隧洞的工程安全與經(jīng)濟效益,較合理的混凝土襯砌配筋率接近0.9%,襯砌厚度接近800 mm,裂縫寬度控制標準增加至0.35～0.5 mm。 

【文章來源】：水力發(fā)電學(xué)報. 2020,39(09)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

圍巖-襯砌混凝土-鋼筋的聯(lián)合承載作用模型

與公式法相比，采用數(shù)值分析方法能直觀地確定襯砌裂縫位置，且充分考慮圍巖、內(nèi)水及鋼筋等裂縫影響因素。數(shù)值分析的關(guān)鍵是起裂位置和裂縫擴展過程。依托工程地質(zhì)報告中勘探的巖體力學(xué)、滲流力學(xué)及襯砌支護設(shè)計參數(shù)，確定數(shù)值計算中所需參數(shù)�；陔x散單元法（PFC2D）程序，順序模擬內(nèi)水壓力從0.0 MPa到8.0 MPa的過程，分析隧洞充水后襯砌裂縫產(chǎn)生及擴展規(guī)律[21]，如圖3和圖4所示。3.5 MPa內(nèi)水壓力作用下襯砌內(nèi)壁水平方向首先發(fā)生開裂，高內(nèi)水進入裂縫中并對側(cè)壁產(chǎn)生水壓力，而裂縫尖端拉應(yīng)力進一步引起裂縫擴展。8.0 MPa水壓力時，高內(nèi)水隨裂縫擴展距離逐漸衰減，裂縫尖端水壓力小于臨界水壓力值時裂縫擴展趨于穩(wěn)定，且壓力水頭隨裂縫擴展距離近似呈倒三角形分布。襯砌將沿水平方向產(chǎn)生裂縫，因此，采用在襯砌兩側(cè)邊墻部位預(yù)設(shè)水平裂縫的方式模擬裂縫。圖4 高內(nèi)水作用下襯砌裂縫內(nèi)部孔壓分布云圖

圖3 高內(nèi)水作用下襯砌裂縫內(nèi)部水壓力矢量分布圖采用FLAC3D有限差分方法對壓力隧洞襯砌裂縫寬度建模分析，以Cable結(jié)構(gòu)單元模擬襯砌開裂過程中混凝土-環(huán)向鋼筋的聯(lián)合承載作用，分析運行期內(nèi)主筋對襯砌裂縫的具體約束效果。在襯砌兩側(cè)邊墻部位布置接觸面來表達預(yù)設(shè)裂縫，模擬襯砌裂縫張開與閉合的實際情況。圍巖及襯砌混凝土數(shù)值模型如圖5所示，各設(shè)計參數(shù)取值如表1所示。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]高壓岔管首次充排水襯砌開裂規(guī)律與滲透特征[J]. 陳晨,曹瑞瑯,姚磊華,劉立鵬,王玉杰.  人民長江. 2019(08)
[2]承受高內(nèi)、外水壓力的隧洞結(jié)構(gòu)設(shè)計建議[J]. 趙妍,劉致彬,孫粵琳,王榮魯,柴冬梅.  水力發(fā)電. 2019(03)
[3]高壓水工隧洞鋼筋混凝土襯砌裂縫開度計算方法評析[J]. 佘磊,王玉杰,曹瑞瑯,李炎隆.  水利水電技術(shù). 2018(08)
[4]高壓水工隧洞透水襯砌滲流-應(yīng)力-損傷耦合分析方法研究[J]. 周利,蘇凱,周亞峰,文喜雨,伍鶴皋.  水利學(xué)報. 2018(03)
[5]水工壓力隧洞鋼筋混凝土襯砌配筋模型與方法探討[J]. 劉波,李寧,郭曉剛.  西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2012(11)
[6]陽江抽水蓄能電站高壓隧洞穩(wěn)定性分析[J]. 李永松,尹健民,艾凱.  人民長江. 2009(09)
[7]美國混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范ACI 318的裂縫控制設(shè)計方法淺析[J]. 李揚,侯建國.  武漢大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版). 2008(S1)
[8]地下鋼筋混凝土岔管有限元簡化計算[J]. 袁曉宇,鄧柏旺.  云南水力發(fā)電. 2007(01)
[9]天荒坪抽水蓄能電站鋼筋混凝土岔管結(jié)構(gòu)設(shè)計[J]. 張秀麗.  水力發(fā)電. 2001(06)
[10]混凝土壩下游面鋼襯鋼筋混凝土壓力管道的強度和變形[J]. 馬善定,周潤堅,熊德炎,龍國芝.  水力發(fā)電學(xué)報. 1988(04)

碩士論文
[1]巖體水力劈裂基本理論與方法初步研究[D]. 劉燕鋒.河海大學(xué) 2006



本文編號：3475930