水工隧洞漸變段襯砌有限元分析.pdf

1、隨著地下工程技術(shù)的發(fā)展,水工隧洞工程設(shè)計及安全穩(wěn)定越來越重要。近年來,隧洞工程技術(shù)取得了很大的成就,隧洞漸變段的安全穩(wěn)定問題已成為工程中的重要課題。在隧洞進(jìn)口處,為使水流平順過渡,防止產(chǎn)生負(fù)壓和空蝕,需設(shè)置方變圓的漸變段。隧洞漸變段安全穩(wěn)定計算是對洞周圍巖和襯砌結(jié)構(gòu)的變形及應(yīng)力進(jìn)行了準(zhǔn)確的模擬,并對隧洞開挖支護(hù)過程中圍巖的穩(wěn)定性做了一定研究,對隧洞工程具有重要意義。本文詳細(xì)地介紹了隧洞漸變段圍巖的穩(wěn)定性及襯砌結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變形,用不同方法對

2、非線性材料襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計算并做比較,為實(shí)際工程中隧洞漸變段襯砌設(shè)計以及穩(wěn)定運(yùn)行提供了依據(jù)。
　　本文以某工程引水隧洞為例,運(yùn)用 ANSYS軟件建立三維有限元數(shù)值仿真模型,首先對初始應(yīng)力場進(jìn)行了模擬計算,再進(jìn)行漸變段的開挖支護(hù)過程圍巖的可靠性計算,最后分別對運(yùn)行期和檢修期襯砌的變形及應(yīng)力進(jìn)行了模擬分析。本文還采用邊值法及傳統(tǒng)公式法對漸變段襯砌的運(yùn)行期和檢修期進(jìn)行計算,并與有限元法進(jìn)行對比分析,得到漸變段襯砌的應(yīng)力、變形規(guī)律。通過

3、三種方法的對比計算結(jié)果表明:有限元法在一定程度上避免了傳統(tǒng)方法中的不足,能夠較全面地考慮隧洞漸變段施工期及運(yùn)行期復(fù)雜荷載條件等因素的影響,得到較準(zhǔn)確的結(jié)論,可供隧洞相關(guān)工程參考。
　　分析結(jié)果表明:隧洞開挖后,圍巖應(yīng)力發(fā)生重分布,局部出現(xiàn)了拉應(yīng)力;襯砌支護(hù)后,拉應(yīng)力區(qū)域減小。而運(yùn)行期,部分地方拉應(yīng)力過大,應(yīng)采取一定的措施增加襯砌的抗拉強(qiáng)度。由于邊值法和公式法對襯砌計算做了較多假定與簡化,只適用于邊界條件及圍巖性質(zhì)較為簡單的情形,這