基于滲流-應(yīng)力耦合的導(dǎo)流洞封堵期結(jié)構(gòu)安全性研究.pdf

1、基于滲流基于滲流應(yīng)力耦合的應(yīng)力耦合的導(dǎo)流洞封堵期結(jié)構(gòu)安全性研究導(dǎo)流洞封堵期結(jié)構(gòu)安全性研究Studyonthesafetyofdiversiontunnelstructureduringclosureperiodbasedonhydromechanicalcouplingmodel學(xué)科專業(yè)：水利工程研究生：郄永波指導(dǎo)教師：張社榮教授天津大學(xué)建筑工程學(xué)院二零一一年十二月摘要隨著壩工技術(shù)的發(fā)展，高壩建設(shè)進(jìn)入快速發(fā)展階段，水工隧洞的建設(shè)規(guī)模越來(lái)

2、越大，同時(shí)也帶來(lái)了一系列技術(shù)問(wèn)題。導(dǎo)流洞在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上通常需滿足過(guò)流量大、內(nèi)水壓力水頭高以及封堵期外水壓較高的要求，導(dǎo)流隧洞封堵結(jié)構(gòu)的安全性愈受關(guān)注。裂隙巖體滲流應(yīng)力耦合理論是最近國(guó)內(nèi)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，研究滲流應(yīng)力耦合作用下的水工隧洞安全性對(duì)解決實(shí)際工程具有重要的指導(dǎo)意義。本文依托大型水電站導(dǎo)流洞工程，基于等效孔隙介質(zhì)模型，建立了能反映實(shí)際工程特性的導(dǎo)流洞三維有限元模型，采用滲流場(chǎng)理論對(duì)導(dǎo)流洞封堵期山體的整體滲流場(chǎng)，以及排水孔的模擬方法和排

3、水效應(yīng)進(jìn)行研究；采用滲流應(yīng)力耦合模型，對(duì)導(dǎo)流洞封堵期的圍巖穩(wěn)定性及襯砌結(jié)構(gòu)安全性進(jìn)行分析；基于三維非線性有限元法，對(duì)永久封堵體的受力特征及整體穩(wěn)定性進(jìn)行了探討。主要研究成果有：（1）導(dǎo)流洞封堵期山體主滲方向?yàn)檠囟摧S線方向從上游向下游滲透，設(shè)置防滲帷幕能有效削減壩體下游山體內(nèi)的壓力水頭；地下水補(bǔ)給對(duì)山體滲流場(chǎng)影響較大；襯砌結(jié)構(gòu)透水性及洞內(nèi)排水設(shè)施對(duì)洞周局部范圍內(nèi)的滲流場(chǎng)影響較大，對(duì)山體整體滲流場(chǎng)分布影響較小。（2）采用滲流應(yīng)力耦合模型能較

4、好的考慮地下水與巖體之間的相互作用，更符合工程實(shí)際；考慮地下水作用下，導(dǎo)流洞封堵期圍巖拉應(yīng)力及塑性區(qū)主要發(fā)生在邊墻及底板中部，襯砌結(jié)構(gòu)拉應(yīng)力主要發(fā)生在底板及邊墻中部?jī)?nèi)表面，結(jié)果符合一般規(guī)律；針對(duì)封堵期導(dǎo)流洞高外水壓力的特點(diǎn)，在頂拱圍巖增設(shè)排水孔可加強(qiáng)襯砌外側(cè)的排水，能夠有效改善襯砌結(jié)構(gòu)受力狀況。（3）在高水頭作用下，導(dǎo)流洞封堵體位移以沿洞軸向?yàn)橹鳎环舛麦w在迎水面周邊與基巖接觸面上存在明顯的拉應(yīng)力區(qū)，但整體應(yīng)力水平不高；封堵體一般失穩(wěn)破壞