水利工程中压力隧洞型式的研究论文

2019-11-18 21:48:02 114

关键字：水利工程;水工结构；隧道设计；原理分析；计算。

论文摘要：

液压隧道的深度决定了工期的长短和成本。如果可以将隧道中的水压负荷传递到岩体而不会造成滑石或涌水的危险，则从隧道表面到地面的距离就是压力隧道的最小埋入深度。在工程实践中，应确定埋深较小的压力隧洞的衬砌类型和参数。应当仔细研究岩体的结构和应力状态。最终方案必须系统地进行数值研究。液压隧道与地面的距离有多近？它主要取决于主要建筑在水利布局中的相互位置，低洼地区隧道的横截面尺寸以及其他因素。其中，最重要的是最小化隧道的施工量。

一，选择压力隧道式设计的前提压力隧道的主要思想是：

是要确保由水压引起的负荷尽可能大尽可能（最好是全部）传递给周围的岩体。高头隧道采用无轴承衬砌类型。岩石破碎段中建造的混凝土或钢筋混凝土衬砌旨在确保隧道开挖和运营过程中岩体的稳定性，并且不受水压的影响。该观点基于现实考虑：混凝土或钢筋混凝土衬砌不太可能承受较大的拉应力，衬砌中裂缝的形成促进了水压的主要部分向岩体的传递，而衬砌材料只能为隧道断面创造有利的水力条件，并在一定程度上减少其渗流。相反，在隧道通风的情况下，裂缝是封闭的，衬砌结构可以承受岩石的压力。

在设计时，考虑到这种实际情况，可以采用更经济的结构。如果无法将水压的主要部分传递到岩体上，则使用预应力钢筋混凝土衬砌或轴承钢衬砌。当压力隧道靠近地面时，在相当坚固的岩石中，必须采用这种衬砌，这样可以缩短工期并降低施工成本。

其次，无衬砌压力隧道的最小埋深的计算：

压力隧道的最小埋深是指隧道中的水压负荷。在不引起滑坡或涌水风险的情况下，到达山体的岩体时，隧道与地面的距离为压力隧道的最小深度。

实际上，它是指无衬砌压力隧道的最小允许埋葬深度。下面，以深度较小的压力隧道附近山体岩体的应力变形状态分析结果为例进行研究。压力隧道的内径为9.5m，水位为160m（P = 1.6MPa），穿过地形的低洼部分。在低洼地形中（到隧道的顶部拱形处）隧道的最小深度为36m。洼地是山谷pass口，两个侧面和水平面的斜率分别为26°和46°。山体岩体由厚度为0.4m至0.8m的软弱泥质致密层状石灰岩组成。在垂直于隧道纵轴的平面中，岩石隧道的轴线相对于水平面的倾斜度为6°，岩石层相对于水平面的倾斜为65°。

顺层的岩体变形模量为E11 = 7000MPa：垂直于顺层的岩体变形模量为E⊥= 3600MPa，泊松比V = 0.2。因为是空间结构，所以使用计算机。该应用以有限元法解决。计算区域的大小（考虑对称条件）选择为沿隧道轴线为400m，距隧道轴线水平方向为200m，高为400m（考虑地形）。对于有限元方法标准的约束-每个节点的水平位移限制在较低的水平面，计算区域包括936个相等参数单元和1972个节点。在开挖剖面附近，次级单元随后被转移到初级单元。假定计算区域的对称性假定不可能考虑岩体的实际结构。

因此，分析了与对称性条件不矛盾的两个极限-岩石具有垂直和水平层理的情况。为了进行比较，还分析了平均变形模量E = 5300 MPa的各向同性岩体。检查最小埋深段隧道段的平面变形条件。在非线性布置的情况下解决了该计算。对于山区岩体，采用了横向均质材料的综合弹塑性模型。该模型符合库仑-摩尔塑性流动（破坏）准则。在计算中，岩石的相关参数采用以下值，并且粘附力C ＝ 1MPa。内摩擦角为40°，抗拉强度极限为Rt ＝ 2MPa。对于垫层接触面，取C = 0.4 MPa，= 31°。

在岩体力学特性相同的情况下，埋深最低的岩体和未来衬砌顶衬的未破坏岩石的计算应力状态为σmin= ―2.1MPa， σmax= ― 0.97MPa;在岩体各向异性的情况下，未衬砌上拱顶点处未破坏岩体的应力状态为：岩层垂直时，σmin= 2.25MPa，σmax= 1.35MPa。岩层是水平的在形状的情况下，σmin=“ 2.17 MPa，σmax= -1。5 MPa。岩体中的上述应力值表明，考虑地形的影响很重要。它应该注意的是，对于平面问题，相应的最小应力值σmin= -0.94 MPa。以上获得的岩体中的自然应力值是设计阶段确定隧道是否可以保留为压力隧道的充分基础。在无衬里条件下（σmin= ―2.1 MPa，并且其绝对值大于P = 1.6 MPa。）