高水頭引水隧洞襯砌結(jié)構(gòu)非線性有限元分析.pdf

1、在大型水電站的設(shè)計(jì)中,經(jīng)常會(huì)遇到高水頭大直徑壓力隧洞的設(shè)計(jì)問(wèn)題,特別在近年發(fā)展起來(lái)的引水式電站及抽水蓄能電站中,高水頭大直徑壓力隧洞的建設(shè)逐漸增多,高壓隧洞的設(shè)計(jì)顯得愈來(lái)愈重要。壓力隧洞傳統(tǒng)計(jì)算方法假定圍巖及襯砌材料為連續(xù)各向同性的彈性介質(zhì),忽視了圍巖及襯砌材料的非線性性質(zhì)的不利影響,并且是將圍巖與襯砌結(jié)構(gòu)分開(kāi)進(jìn)行計(jì)算,從而導(dǎo)致隧洞混凝土襯砌厚度及配筋量偏大。因此,有必要對(duì)考慮隧洞圍巖、襯砌聯(lián)合承載及材料非線性情形下的襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)

2、算,并對(duì)不同計(jì)算方法進(jìn)行對(duì)比研究,為在工程實(shí)際中選擇經(jīng)濟(jì)合理的襯砌形式以及提高隧洞運(yùn)行的安全度提供依據(jù)。首先對(duì)實(shí)際工程資料進(jìn)行分析,確定計(jì)算范圍及邊界條件。采用ANSYS通用有限元軟件建立整體模型,考慮圍巖與外層襯砌、外層襯砌與內(nèi)層鋼板襯砌之間的接觸,接觸模型按點(diǎn)-點(diǎn)接觸設(shè)置,接觸單元分別采用Contac12與Contac52模擬。先對(duì)隧洞初始應(yīng)力及開(kāi)挖支護(hù)后的二次應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行分析；然后對(duì)隧洞在檢修、充水運(yùn)行工況下的兩種襯砌形式(單層鋼筋

3、混凝土襯砌和鋼襯鋼筋混凝土組合襯砌)進(jìn)行計(jì)算,分別計(jì)算單層襯砌與組合襯砌條件下,外層鋼筋混凝土襯砌的應(yīng)力、變形規(guī)律,并對(duì)兩種襯砌形式受力情況進(jìn)行比較分析,得出相關(guān)結(jié)論。其次,采用邊值法及彈性力學(xué)方法進(jìn)行計(jì)算,并與有限元結(jié)果進(jìn)行比較分析。通過(guò)運(yùn)用有限元方法、邊值法及彈性理論對(duì)高壓隧洞進(jìn)行分析計(jì)算表明：有限元方法一定程度上克服了隧洞設(shè)計(jì)中傳統(tǒng)方法的缺陷,能夠較為全面地考慮復(fù)雜地質(zhì)條件及荷載條件。由比較分析可知：邊值方法及彈性力學(xué)方法由于在材