冰期輸水對(duì)引水隧洞的破壞機(jī)理研究.pdf

1、我國(guó)西部寒冷干旱地區(qū)，氣候條件獨(dú)特，隨著外界氣溫的變化，水流中的冰情可以根據(jù)冰的形成與消融過(guò)程分為:結(jié)冰期、封凍期和解凍期3個(gè)階段。輸水工程在冬季輸水時(shí)，冰在各個(gè)階段對(duì)輸水建筑物會(huì)造成不同程度的迫害。我國(guó)為了緩解西部的缺水的問(wèn)題，先后建設(shè)了引大入秦工程、引洮工程等。然而如此龐大的投資建設(shè)，在運(yùn)營(yíng)期因遭受寒旱氣候的影響，形成了諸如引水隧洞凍融破壞、引水隧洞地質(zhì)缺陷滲漏、引水渠道干裂滲漏、設(shè)備故障等一系列問(wèn)題，對(duì)結(jié)構(gòu)安全性與供水效率產(chǎn)生嚴(yán)重

2、影響，導(dǎo)致工程的使用年限不長(zhǎng)，達(dá)不到工程規(guī)劃建設(shè)的預(yù)期目標(biāo)，產(chǎn)生社會(huì)矛盾。因此基于寒早地區(qū)冬季輸水對(duì)引水隧洞的破壞機(jī)理研究具有重要的意義。
　　本文針對(duì)寒早地區(qū)冰害對(duì)引水隧洞的破壞為研究對(duì)象，在國(guó)內(nèi)外研究基礎(chǔ)上，通過(guò)理論研究、室內(nèi)試驗(yàn)研究及數(shù)值模擬方法開(kāi)展研究。重點(diǎn)研究了冰排與引水隧洞相互作用下的碰撞模擬問(wèn)題，利用接觸-碰撞算法的有限元中對(duì)稱(chēng)罰函數(shù)算法，進(jìn)行了冰排撞擊引水隧洞的接觸-碰撞算法的理論研究。以引大入秦輸水樞紐的引水隧洞

3、（盤(pán)道嶺隧洞）為實(shí)例，分析了隧洞的破壞機(jī)理。應(yīng)用ANSYS軟件建立隧洞模型和冰排模型，二者皆采用3D Solid164實(shí)體單元模擬，材料定義為線(xiàn)彈性材料，單元?jiǎng)澐植捎糜成渚W(wǎng)格劃分;采用單面自動(dòng)接觸;定義了邊界條件;然后選用LS-DYNA SOLVER求解器進(jìn)行求解;采用LS-PREPOST軟件進(jìn)行后處理，發(fā)現(xiàn)了不同冰排流速、不同冰排平面尺寸、不同冰排厚度等不同工況下冰排對(duì)引水隧洞撞擊力及其產(chǎn)生的變形的影響。具體工作如下:
　　(1

4、)分析了冰排流速對(duì)隧洞襯砌撞擊力及襯砌變形的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)其變化基本呈線(xiàn)性關(guān)系，并分別確定了簡(jiǎn)單碰撞狀態(tài)下的計(jì)算公式;
　　(2)分析了冰排平面尺寸對(duì)隧洞襯砌撞擊力及襯砌變形的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)其變化關(guān)系均為非線(xiàn)性關(guān)系;
　　(3)分析了冰排厚度對(duì)隧洞襯砌撞擊力及襯砌變形的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)其變化基本呈線(xiàn)性關(guān)系，并分別確定了簡(jiǎn)單碰撞狀態(tài)下的計(jì)算公式。
　　接著通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，建立冰排撞擊隧洞襯砌試驗(yàn)單邊坡實(shí)驗(yàn)裝置，進(jìn)行試驗(yàn)研究;