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《四川大学》 2002年
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紫坪铺水利枢纽导流洞堵头及围岩稳定性三维有限元计算分析

赵芹  
【摘要】: 紫坪铺水利枢纽工程是国家西部大开发战略中的重点工程,由于导流洞断面尺寸较大,堵头段位于Ⅲ~Ⅳ类围岩中,并有L_9和L_c等剪切破碎带分布,堵头末端存在导流洞与泄洪洞交汇的不利空间分布。因此,如何正确分析导流洞和泄洪洞开挖过程中的围岩稳定性,以及导流洞封堵蓄水后混凝土堵头与围岩的工作性态,是导流洞设计的关键,并将其直接影响水库的蓄水进度和工程安全性。三维有限元数值分析方法为了解混凝土堵头及附近围岩的变形与应力分布特性提供了精确分析手段,可以准确地研究堵头的真实工作性态。 本文针对紫坪铺1~#、2~#导流洞堵头段结构型式及附近围岩条件,建立导流洞、泄洪洞、混凝土堵头及围岩整体三维计算模型,采用三维弹塑性有限元法,研究混凝土堵头与围岩的变形,应力分布特性,以及局部与整体抗滑稳定安全性。具体研究分五部分: 第一部分结合紫坪铺右岸地应力实测资料,运用三维有限元回归分析方法,建立研究区域三维初始地应力场,为1~#、2~#导流洞(泄洪洞)的开挖效应,以及混凝土堵头挡水后围岩的变形和稳定性分析论证,提供较为合理的初始地应力场。 第二部分运用三维有限元方法,分别计算1~#、2~#导流洞研究区域的渗流场,揭示三维渗流场的基本特性,研究渗流作用所产生的变形,同时,合理地确定1~#、2~#导流洞(泄洪洞)围岩的渗透压力,以体力的方式考虑渗流对围岩和混 四)11大学硕土学位论文 凝土堵头稳定性的作用与影响。 第三部分主要是在前两部分的基础上,运用三维弹塑性有限元分析了三种 情况下混凝土堵头与围岩的变形与稳定性分析,即导流洞开挖时,泄洪洞开挖 时和正常蓄水工况时。计算中充分考虑堵头末端位于导流隧洞与泄洪隧洞交叉 的不利三维空间分布情况,复核堵头的长度及体型,并提出优化意见。针对在 堵头末端至导流洞和泄洪洞结合点,采用不同衬砌方案,通过计算分析,确定 支护的形式和围岩的稳定性。 第四部分运用与抗滑稳定经验公式不同的有限元方法,更为准确地分析论 证正常水位和校核洪水位两种工况的整体抗滑稳定性,并将其结果与其它类似 工程进行了比较分析,优化了堵头的长度。 第五部分首次对堵头形变产生的有利影响进行定量分析,推导出堵头变形 产生的摩擦阻力公式,计算紫坪铺导流洞堵头的整体抗滑稳定安全系数,并与 未计入摩擦阻力时的安全系数相比较。
【学位授予单位】:四川大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TU457

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