高壓透水隧洞變形協(xié)調(diào)與水力傳遞機(jī)制研究

本項(xiàng)目針對(duì)襯砌混凝土裂縫模型、開裂混凝土襯砌內(nèi)水外滲水力傳導(dǎo)機(jī)制、襯砌與圍巖聯(lián)合承載機(jī)理等三個(gè)方面展開研究。采用塑性損傷模型模擬襯砌裂縫，將開裂破壞這一非連續(xù)的脆性結(jié)構(gòu)響應(yīng)問題通過等效損傷來體現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了非連續(xù)斷裂的等效連續(xù)化。提出透水襯砌滲流-應(yīng)力-損傷耦合模型，基于ABAQUS軟件平臺(tái)進(jìn)行二次開發(fā)， 實(shí)現(xiàn)材料滲透系數(shù)隨損傷的動(dòng)態(tài)更新，完成了隧洞動(dòng)態(tài)充水過程中的襯砌損傷開裂耦合分析過程，探討了襯砌與圍巖有條件聯(lián)合承載特性對(duì)耦合分析結(jié)果的影響。同時(shí)，采用cohesive單元模擬水力裂縫，考慮裂縫與巖體水體交換特性，以及巖體彈塑性變形特征，建立應(yīng)力-滲流-損傷耦合非連續(xù)性模型，探討了水力裂縫起裂與擴(kuò)展過程中水壓力的分布規(guī)律。針對(duì)高壓隧洞透水襯砌結(jié)構(gòu)，考慮襯砌與圍巖間的粘結(jié)力作用，建立了雙層厚壁圓筒模型，提出了相應(yīng)的透水襯砌設(shè)計(jì)方法與實(shí)踐步驟，分析了隧洞初次充水期間襯砌與圍巖的有條件聯(lián)合承載機(jī)理，并重點(diǎn)分析了鋼筋應(yīng)力、最大裂縫寬度等的演化規(guī)律，提出了由開裂點(diǎn)及脫離點(diǎn)控制標(biāo)示的襯砌鋼筋應(yīng)力的三段式計(jì)算模型，揭示了初次充水過程中襯砌與圍巖脫離前是鋼筋應(yīng)力峰值點(diǎn)的這一新規(guī)律，為工程安全和運(yùn)行決策提出了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。同時(shí)，系統(tǒng)研究了滲流與應(yīng)力數(shù)值計(jì)算過程中計(jì)算模型范圍對(duì)計(jì)算結(jié)果與誤差的影響分析，提出了滲流、應(yīng)力計(jì)算過程中的模型范圍取值方法。 2100433B

透水是高壓水工隧洞的突出特征，是影響隧洞結(jié)構(gòu)安全與沿線山體穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。本項(xiàng)目擬采用理論分析、室內(nèi)試驗(yàn)、原型觀測(cè)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，研究高壓隧洞透水過程中的變形協(xié)調(diào)與水力傳遞機(jī)制。.開展襯砌室內(nèi)壓水試驗(yàn)，分析隧洞充水環(huán)境下的混凝土裂縫擴(kuò)展與分布特征，建立基于圍巖變形能力與隧洞充水環(huán)境的混凝土裂縫寬度計(jì)算方法，構(gòu)建襯砌混凝土裂縫模型；分析混凝土裂縫表面粗糙度與迂曲度特征，研究基于激光掃描與三維成像技術(shù)的混凝土裂縫表面和粗糙度評(píng)價(jià)基準(zhǔn)面生成方法，完善考慮裂縫寬度、表面特征、布筋環(huán)境和水力條件的開裂混凝土襯砌的滲透系數(shù)計(jì)算方法，揭示開裂混凝土襯砌的水力傳導(dǎo)機(jī)制；依托襯砌與圍巖結(jié)合面構(gòu)造接縫單元，組建基于襯砌-接縫單元-圍巖的水工隧洞組合承載模型，研究高壓隧洞水力變化特征以及襯砌與圍巖間的動(dòng)態(tài)結(jié)合狀態(tài)，揭示襯砌與圍巖間的變形協(xié)調(diào)與水力傳遞機(jī)制。研究成果可為高壓透水隧洞的安全運(yùn)行提供重要保證。

《長(zhǎng)大深埋隧洞勘測(cè)技術(shù)研究與實(shí)踐》由黃河水利出版社出版。《長(zhǎng)大深埋隧洞勘測(cè)技術(shù)研究與實(shí)踐》編輯推薦：隧洞施工超前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)是隨著隧洞工程的發(fā)展需要應(yīng)運(yùn)而生的，它是地質(zhì)勘測(cè)技術(shù)在施工階段的延續(xù)和補(bǔ)充。它的實(shí)施應(yīng)用既可校驗(yàn)前期勘察設(shè)計(jì)結(jié)論，又能促進(jìn)施工動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)管理，且是安全施工的重要保證。

本書根據(jù)TBM施工的技術(shù)特點(diǎn)，結(jié)合相關(guān)工程實(shí)例，研究TBM施工中的工程地質(zhì)問題，并提出相關(guān)的應(yīng)對(duì)措施。全書共8章，包括：TBM隧洞施工技術(shù)概述，基于工程地質(zhì)條件的TBM選型及工程應(yīng)用，TBM施工隧洞工程地質(zhì)勘察，TBM施工隧洞圍巖分類，不同地質(zhì)條件下的TBM滾刀磨損及掘進(jìn)能耗，TBM施工隧洞超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，TBM施工隧洞地質(zhì)災(zāi)害與對(duì)策，結(jié)論與展望。本書理論研究與工程實(shí)踐相結(jié)合，對(duì)提高TBM施工效率、避免或減輕TBM施工中的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)有較好的指導(dǎo)和借鑒意義。