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《浙江大学》 2011年
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压力隧洞内水外渗的渗流-应力-开裂耦合分析

方镜平  
【摘要】:由于压力隧洞赋存环境的不确定性,衬砌与围岩联合工作及结构破坏机理的复杂性,其设计和结构计算难度远大于地面结构,加之抽水蓄能电站的大量兴建,压力隧洞正往“洞线长、洞径大、埋藏深”的方向发展,更增加了其设计和结构计算的难度,尤其是压力隧洞内水外渗分析还缺乏可靠的模型。因此按现行的《水工隧洞设计规范》(DL/T5195-2004)进行压力隧洞设计存在诸多问题,如:衬砌采用限裂设计,得出的配筋量较大,从埋设在高压隧洞中的钢筋计实测数据来看,钢筋应力远小于设计计算值。 本文即是针对压力隧洞内水外渗分析存在的问题,研究提出带有渗流分析功能的裂缝单元模型,建立压力隧洞内水外渗的渗流-应力-开裂耦合分析模型,拟定代表性的压力隧洞断面模型,进行内水外渗的渗流-应力-开裂耦合计算分析,研究压力隧洞渗透稳定性与围岩地质条件、初始地应力、衬砌类型及厚度等的关系,研究成果可为压力隧洞破坏机理及其数值模拟、压力隧洞衬砌结构形式选择及其设计提供科学的参考依据。主要研究内容如下: (1)针对目前压力隧洞设计现实和设计规范均不是很完善、结构计算缺乏可靠方法以及内外水荷载作用下围岩衬砌联合承载机理研究还不深入的现状,对压力隧洞设计准则、结构计算、围岩衬砌联合承载机理以及内外水荷载施加方式这四个方面的研究进展进行了综述,并指出存在的不足,可为压力隧洞的设计和结构计算提供参考。 (2)在传统离散裂缝模型的基础上,提出了带有渗流分析功能的裂缝单元模型。基于Biot固结理论和内水荷载施加的体力理论,建立了压力隧洞内水外渗的渗流-应力-开裂耦合分析模型。选择一圆形断面压力隧洞进行了内水外渗的渗流-应力-开裂耦合计算,并与实测结果作了定性对比分析。结果表明本文模型是合理可行的,可用于压力隧洞内水外渗的渗流-应力-开裂耦合分析。 (3)为了研究压力隧洞渗透稳定性与围岩变模、围岩渗透系数、地应力、衬砌类型及厚度等的关系,基于压力隧洞内水外渗的渗流-应力-开裂耦合分析模型,拟定了不同围岩渗透系数、不同围岩变模、不同初始地应力、不同衬砌类型及厚度等组合的一系列工况,运用上述分析模型对压力隧洞内水外渗进行了计算。根据计算结果,以隧洞综合透水率和破坏内水压力为渗透稳定性指标,对围岩渗透性、围岩变模、地应力及侧压力系数、衬砌是否配筋、衬砌厚度等影响因素进行了参数敏感性分析,给出了各个参数对压力隧洞综合透水率及破坏内水压力的影响程度。研究成果可为压力隧洞设计,尤其是衬砌型式选择提供参考依据。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TV223.4;TV672.1

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 沈威;圆形水工压力隧洞衬砌变形特性与限裂设计研究[D];大连理工大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 冯仕能;水电站引水隧洞衬砌形式选择准则研究[D];浙江大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前3条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 丁泰山;刘建民;;超挖对地下洞室稳定性的影响分析[J];地下空间与工程学报;2008年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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5 彭玉平;膨胀性充填裂隙水力特性数值模拟[D];郑州大学;2010年
6 李亚帮;膨胀性充填裂隙水力特性实验研究[D];郑州大学;2010年
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8 邢利铭;掘进巷道煤岩瓦斯流固耦合效应数值模拟研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
9 王晓明;裂隙化岩体渗流特征及涌水量数值模拟[D];长沙理工大学;2010年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李志华;赵勇;尚世仲;;钢筋混凝土受弯构件裂缝宽度计算方法的比较[J];四川建筑科学研究;2007年02期
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9 褚卫江;徐卫亚;苏静波;;变形多孔介质流固耦合模型及数值模拟研究[J];工程力学;2007年09期
10 王汇明;张辅纲;王著杰;戴兵国;;抽水蓄能电站砼衬砌高压隧洞工程地质条件探讨[J];广东水利水电;2006年S1期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
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中国硕士学位论文全文数据库 前8条
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【二级参考文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 谢兴华;岩体水力劈裂机理试验及数值模拟研究[D];河海大学;2004年
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4 戴永浩;非饱和板岩细观试验与本构模型研究[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 王国庆;岩体水力劈裂试验及裂纹扩展的无单元法计算[D];河海大学;2004年
2 刘晓丽;水、气二相渗流与双重介质变形的流固耦合数学模型[D];辽宁工程技术大学;2004年
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【相似文献】
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1 张巍;黄立财;;基于渗流场与应力场耦合的高压隧洞设计[J];水利与建筑工程学报;2007年02期
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10 杜小凯;任青文;夏宁;;高压引水隧洞若干问题的研究现状和存在的问题[J];水力发电;2007年06期
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8 苏荣华;梁冰;;承压含水层非稳定渗流耦合问题的研究[A];第七届全国岩石动力学学术会议文集[C];2000年
9 卓家寿;曾三平;陆晓敏;;裂隙岩体渗流场与位移场的耦合作用分析[A];面向21世纪的岩石力学与工程:中国岩石力学与工程学会第四次学术大会论文集[C];1996年
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8 干腾君;考虑上部结构共同作用的筏板基础分析及其优化[D];重庆大学;2001年
9 何芝仙;内燃机曲轴—轴承系统动力学摩擦学刚度和强度耦合研究[D];合肥工业大学;2006年
10 周剑锋;机械密封中的热流体动力效应研究[D];南京工业大学;2006年
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1 方镜平;压力隧洞内水外渗的渗流-应力-开裂耦合分析[D];浙江大学;2011年
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4 张新海;基于粘结裂缝模型的混凝土衬砌压力隧洞水力劈裂分析[D];浙江大学;2013年
5 刘晓晖;水力劈裂作用对压力隧洞洞壁裂缝稳定性的影响研究[D];西北农林科技大学;2010年
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7 孙小三;边坡稳定性的条分法与有限元法耦合分析[D];浙江大学;2005年
8 高鹏;质子交换膜燃料电池接触电阻的数值模拟分析[D];天津大学;2005年
9 王瑞新;秦皇岛市地下渗流场及地面变形控制[D];河北工业大学;2006年
10 于凤荣;基于RS的通榆县盐碱地分布的时空格局分析[D];东北师范大学;2006年
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