高壓透水隧洞變形協(xié)調與水力傳遞機制研究結題摘要

本項目針對襯砌混凝土裂縫模型、開裂混凝土襯砌內水外滲水力傳導機制、襯砌與圍巖聯(lián)合承載機理等三個方面展開研究。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)的脆性結構響應問題通過等效損傷來體現(xiàn)，實現(xiàn)了非連續(xù)斷裂的等效連續(xù)化。提出透水襯砌滲流-應力-損傷耦合模型，基于ABAQUS軟件平臺進行二次開發(fā)， 實現(xiàn)材料滲透系數(shù)隨損傷的動態(tài)更新，完成了隧洞動態(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)合承載特性對耦合分析結果的影響。同時，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展過程中水壓力的分布規(guī)律。針對高壓隧洞透水襯砌結構，考慮襯砌與圍巖間的粘結力作用，建立了雙層厚壁圓筒模型，提出了相應的透水襯砌設計方法與實踐步驟，分析了隧洞初次充水期間襯砌與圍巖的有條件聯(lián)合承載機理，并重點分析了鋼筋應力、最大裂縫寬度等的演化規(guī)律，提出了由開裂點及脫離點控制標示的襯砌鋼筋應力的三段式計算模型，揭示了初次充水過程中襯砌與圍巖脫離前是鋼筋應力峰值點的這一新規(guī)律，為工程安全和運行決策提出了強有力的技術支撐。同時，系統(tǒng)研究了滲流與應力數(shù)值計算過程中計算模型范圍對計算結果與誤差的影響分析，提出了滲流、應力計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，是影響隧洞結構安全與沿線山體穩(wěn)定的關鍵因素。本項目擬采用理論分析、室內試驗、原型觀測與數(shù)值模擬相結合的方法，研究高壓隧洞透水過程中的變形協(xié)調與水力傳遞機制。.開展襯砌室內壓水試驗，分析隧洞充水環(huán)境下的混凝土裂縫擴展與分布特征，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算方法，構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的混凝土裂縫表面和粗糙度評價基準面生成方法，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)計算方法，揭示開裂混凝土襯砌的水力傳導機制；依托襯砌與圍巖結合面構造接縫單元，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態(tài)結合狀態(tài)，揭示襯砌與圍巖間的變形協(xié)調與水力傳遞機制。研究成果可為高壓透水隧洞的安全運行提供重要保證。

《長大深埋隧洞勘測技術研究與實踐》由黃河水利出版社出版?！堕L大深埋隧洞勘測技術研究與實踐》編輯推薦：隧洞施工超前預測預報技術是隨著隧洞工程的發(fā)展需要應運而生的，它是地質勘測技術在施工階段的延續(xù)和補充。它的實施應用既可校驗前期勘察設計結論，又能促進施工動態(tài)設計管理，且是安全施工的重要保證。

本書根據(jù)TBM施工的技術特點，結合相關工程實例，研究TBM施工中的工程地質問題，并提出相關的應對措施。全書共8章，包括：TBM隧洞施工技術概述，基于工程地質條件的TBM選型及工程應用，TBM施工隧洞工程地質勘察，TBM施工隧洞圍巖分類，不同地質條件下的TBM滾刀磨損及掘進能耗，TBM施工隧洞超前地質預報，TBM施工隧洞地質災害與對策，結論與展望。本書理論研究與工程實踐相結合，對提高TBM施工效率、避免或減輕TBM施工中的地質風險有較好的指導和借鑒意義。