软弱岩脉对隧洞影响的有限元计算分析.pdf

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  • 本文介绍了电站尾水隧洞中软弱岩脉的影响导致围岩稳定性等问题,需要计算评价其稳定性,采用有限元数值方法分别对岩脉分布在顶部、侧墙、及底部时对隧洞的影响进行了分析,并采用有限元强度折减法对开挖支护后隧洞安全按进行评价。

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    替流灌溉农业节水技术模式研究与应用.·.···吴旭春,周和平134 宁夏灌区渡槽工程安全评价·.·· 顾靖超,陆立国,王永平,等139 有涡和无涡流道迷宫灌水器水力性能比较· ·麻江峰,李治勤142 低压孔口式膜灌袋水力特性研究 温随群,王国辉,张泽中,等145 示第五版新闻记者证年度核验通过人员名单公示.3 时 面青海祁连河谷 黑河源区 董保华 拨 封 二 高含沙水流远距高管道输送技术试验研究 本刊讯 三 《人民黄河》征蒋征订启事 封 底共生一 “大禹杯”水利公益广告创意(作品)大赛获奖作品 ..卫华设计

    潜流灌溉农业节水技术模式研究与应用.· 吴旭春,周和平 134 宁夏灌区渡槽工程安全评价... ·顾靖超,陆立国,王永平,等139 有涡和无涡流道迷宫灌水器水力性能比较· 麻江峰,李治勤1 142 低压孔口式膜灌袋水力特性研究· 温随群,王国辉,张泽中,等 14.5 公 时 面青海祁选河谷 黑河源区 董保华 摄 封 二 高含沙水流远距高管道输送技术试验研究 本刊讯 封 三 《人民黄河》征征订启事 封 底共生一 “大禹杯”水利公益广告创意(作品)大赛获奖作品 葛卫华设计

    第38卷第2期 2016年2月

    锻件标准Vol.38,No.2 Feb..2016

    人民黄河 YELLOWRIVER

    软弱岩脉对某电站隧洞影响的有限元计算分析

    时某电站隧洞影响的有限

    (国核电力规划设计研究院,北京100095)

    计算方法及围岩安全判据

    (1)隧洞计算的关键之一是开挖荷载的计算。根 据有限元理论,隧洞开挖边界的地应力释放荷载可通 过边界的应力条件通过数值积分得到[10),ANSYS软 件提供了生死单元功能,从而使得开挖计算能够较方 便地实现。生死单元功能并不是在模型中重新生成新

    的单元或将既有单元删除,而是当杀死单元时,将单元 的刚度系数乘以一个很小的数,从而使得该部分单元 如同空气单元一般,实现隧洞的开挖。采用此方法得 到的开挖释放荷载与有限元数值积分得到的释放荷载 是等价的。 (2)隧洞计算的关键之二是有限元强度折减法的 实现。有限元强度折减法11是通过折减岩土体材料 的强度参数来评价岩土体的安全储备,基于ANSYS软 件的APDL语言进行编程,能够实现计算过程中参数 的自动折减,从而实现强度折减法在ANSYS软件中的 自动实现。 (3)隧洞计算的关键之三是确定围岩安全判据。 有限元强度折减计算完成后,如何根据计算结果确定 安全系数?文献[12]对若干安全系数判据进行了研 究,包括有限元计算不收敛、塑性区贯通、特征点位移 突变等指标,其中特征点位移突变较为直观且具有 定的合理性.因而以该方法作为隧洞安全的判据。

    有限元计算模型及计算参数

    某电站尾水系统按两机一室一洞形式布置,隧洞 开挖断面尺寸较大(17.3m×18.7m),最大埋深达到 700m楼梯标准规范范本,地质条件复杂,尤其是隧洞段存在宽度(9m) 较大的岩脉,因而隧洞开挖后稳定性问题突出。有限 元计算中选取埋深约为500m的洞室段进行分析,岩

    人民黄河2016年第2期开挖后的变形应力与无岩脉情况不同。从计算结果云图看,岩脉附近隧洞开挖后的位移及屈服情况发生明显变化。【)开挖后位移增量(单位:m)(a)开挖后位移增量(单位:m)(5)等效壁性应变图6岩脉在侧墙时尾水洞开挖后变形分布(5)量大主度力(举位:Pa)(s)开挖后位称增量(单位:m)(c)最小主度力(单拉:)(6)等效望性应变图7岩脉在底部时尾水洞开挖后变形分布从开挖位移看,当岩脉在顶拱时,尾水隧洞开挖后(d)等效塑性应变顶拱与岩脉交界位置开挖位移明显增大,最大值达7.2图4尾水洞开挖后的应力变形分布cm,较无岩脉时提高约25%,其他位置开挖位移与无岩脉时相比有变化,但变化幅度不大;当岩脉在侧墙时,隧洞开挖后岩脉对顶拱、侧墙以及底板的开挖位移均有影响,这些部位开挖位移明显增大,其中项拱处最大位移约为7.2cm,位置在顶拱偏向岩脉的一侧,而底板处最大位移达到5.9cm,位置在底板中部偏向岩脉(s)开挖后查荐增量(单位:m)一侧,侧墙位移也较无岩脉时明显增大;当岩脉在隧洞底部位置时,隧洞底板位置开挖位移明显增大,最大值达8.5cm,较无岩脉时增大约.75%,其他位置位移变化不大。从屈服破坏情况看,岩脉在顶拱时,岩脉与顶拱交界处出现局部较强烈的屈服破坏,而其他位置屈服情况与无岩脉时基本一致;岩脉在侧墙时,隧洞靠岩脉一(b)等数塑性应变侧的侧墙位置届服区深度增大且屈服程度明显增大;图5岩脉在顶拱时尾水洞开挖后变形分布123 ·

    吉论: (1)岩脉对隧洞的开挖位移有影响,其中岩脉在 洪顶及底部时仅对岩脉与隧洞交界位置局部位移影响 明显,对其他区域开挖位移影响幅度较小;岩脉在侧墙 位置时,不仅侧墙开挖位移明显增大,而且顶拱及底板 靠近岩脉一侧开挖位移也明显增大。 (2)岩脉对隧洞开挖后的应力分布有影响,岩脉 位于拱顶时对开挖后应力分布影响不大,但岩脉局部 位置应力得到释放;岩脉位于侧墙时侧墙应力状态明 显改善,侧墙最大拉应力降低约50%;岩脉位于隧洞 底部时,开挖后底板拉应力大大降低,受拉区范围大大 减小。同时,岩脉位于侧墙及底板时顶拱的压应力均 有所增大。 (3)岩脉对隧洞稳定性有一定影响,其中岩脉位 于顶拱时顶拱的稳定性减弱,但整体安全系数仍较大: 岩脉位于侧墙时隧洞整体安全系数大大降低,为最不 利情况;岩脉位于底部时对隧洞整体稳定性影响不大。 (4)鉴于岩脉对隧洞的影响,施工开挖过程中须 对局部出现岩脉的位置加强支护。尤其当岩脉出现在 隧洞侧墙位置时,对隧洞稳定最为不利,除加强支护列 可考虑对岩脉进行注浆加固,以保证隧洞稳定性。

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    Finite Element Analysis of Influence on Tunnel

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