地下工程改擴(kuò)建中施工爆破對襯砌危害的三維數(shù)值模擬研究

分岔隧道是一種新的隧道建設(shè)型式,它一般由四車道大拱隧道或連拱隧道逐漸過渡到上下行分離式雙洞隧道,因此它同時具備標(biāo)準(zhǔn)間距的分離隧道、小凈距隧道、連拱隧道以及四車道大拱隧道等多種結(jié)構(gòu)型式隧道的特點(diǎn)。結(jié)構(gòu)型式一般分為大跨襯砌段、雙連拱襯砌段、加強(qiáng)襯砌段和一般襯砌段4種斷面型式。作為一種新的隧道建設(shè)型式,目前國內(nèi)尚不多見,缺乏可供參考的設(shè)計、施工經(jīng)驗。由于分岔隧道型式的特殊性和復(fù)雜性,施工難度和風(fēng)險均較大,因此,研究施工圍巖的穩(wěn)定性有著非常重要的意義。本文基于連續(xù)介質(zhì)模型,通過大型有限元軟件abaqus,主要對施工過程進(jìn)行數(shù)值仿真模擬,著重分析研究大拱與連拱過渡段和連拱以及小凈距過渡段施工過程中的圍巖變形和破壞特性,并得出結(jié)論,為設(shè)計施工提供參考依據(jù)。

清江水布埡水電站是清江上游擬建的一個特大型水電工程，馬崖高邊坡位于水布埡峽谷出口右側(cè)，總體地質(zhì)結(jié)構(gòu)具上硬下軟特征，電站導(dǎo)流洞及尾水洞將從馬崖高陡邊坡坡腳穿出，地下開挖主要在軟巖層中。應(yīng)用ｆｉｎａｌ及ｒｏｃｋｙ程序?qū)λ紙厚R崖高陡邊坡巖體地下開挖進(jìn)行數(shù)值模擬，研究了邊坡巖體內(nèi)進(jìn)行地下洞室開挖后邊坡力學(xué)狀態(tài)的改變及洞室?guī)r體（含巖柱）的穩(wěn)定性，基于削坡是水布埡馬崖高陡邊坡的重要整治措施之一，研究中進(jìn)行了各種分步開挖工況下的削坡有效性定量研究，重要工況還同時進(jìn)行了ｖｉ度地震作用下的動力作用分析。

結(jié)合我國西部某地下廠房洞室群區(qū)域地形地質(zhì)條件,采用三維非線性有限元法模擬洞室群分級開挖全過程,揭示了圍巖及結(jié)構(gòu)的應(yīng)力場、位移場及破壞區(qū)分布規(guī)律,探明了圍巖可能的失穩(wěn)部位和失穩(wěn)方式以及主廠房、壓力管道、尾水調(diào)壓室及尾水洞等主要洞室分級開挖過程中的圍巖變位與穩(wěn)定性,為類似工程的設(shè)計與施工提供參考。

大型地下洞室群的施工通風(fēng)問題是保證安全、加快施工進(jìn)度的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的施工通風(fēng)設(shè)計無法掌控真實通風(fēng)效果,導(dǎo)致資源浪費(fèi)?；诹黧w力學(xué)理論的地下洞室群施工通風(fēng)三維數(shù)值模擬,能定量分析大型洞室、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)或通風(fēng)洞(井)等的通風(fēng)效果,為通風(fēng)方案的設(shè)計和優(yōu)化提供依據(jù)。

提出了包括實際工程地形的施工導(dǎo)流工程三維數(shù)值模擬的方法.基于catia模型設(shè)計軟件建立了蘇丹上阿特巴拉水利樞紐儒米拉大壩分期導(dǎo)流三維模型,實現(xiàn)了實際工程地形與建筑物實體的融合,真實地反映了實際工程的空間布置情況.將模型導(dǎo)入計算水動力學(xué)軟件flow-3d中,采用紊流雙方程中的rng模型,用truvof方法進(jìn)行自由表面的追蹤,在1,000,m~3/s、5,380,m~3/s流量下,對溢洪道內(nèi)部水流流速、流態(tài)、水面線、底板壓力進(jìn)行了數(shù)值模擬.經(jīng)過對比分析,證明了模擬結(jié)果與試驗值吻合較好,從而驗證了模型的可靠性.在取得水力學(xué)參數(shù)的基礎(chǔ)上,考慮建筑物附近的河床沖刷,探討了圍堰附近覆蓋層沖刷的數(shù)值模擬方法.該研究為解決復(fù)雜水利工程的三維建模問題及相關(guān)數(shù)值模擬提供了新的方法,具有一定的參考價值和良好的應(yīng)用前景.

本文采用數(shù)值模擬方法預(yù)測由近地三維流動風(fēng)引起的建筑物的表面風(fēng)壓。文中運(yùn)用一種擴(kuò)展的ｋ－ε紊流封閉模型，導(dǎo)得了穩(wěn)態(tài)流動風(fēng)的統(tǒng)一形式的控制微分方程。采用控制容積法對微分方程作了離散，ｓｉｍｐｌｅｃ壓力校正迭代算法實現(xiàn)了非線性離散化方程的求解。實例計算與分析比較表明，本文的模擬方法改善了對建筑物側(cè)風(fēng)面和頂面風(fēng)壓值的預(yù)測。

本文采用數(shù)值模擬方法預(yù)測由近地三維流動風(fēng)引起的建筑物的表面風(fēng)壓。文中運(yùn)用一種擴(kuò)展的ｋ－ε紊流封閉模型，導(dǎo)得了穩(wěn)態(tài)流動風(fēng)的統(tǒng)一形式的控制微分方程。采用控制容積法對微分方程作了離散，ｓｉｍｐｌｅｃ壓力校正迭代算法實現(xiàn)了非線性離散化方程的求解。實例計算與分析比較表明，本文的模擬方法改善了對建筑物側(cè)風(fēng)面和頂面風(fēng)壓值的預(yù)測。

建立包括雙線盾構(gòu)隧道、凍土帷幕、聯(lián)絡(luò)通道以及泵房在內(nèi)的三維數(shù)值模型,模擬了地層凍結(jié)、聯(lián)絡(luò)通道開挖和支護(hù)的整個過程。分析了聯(lián)絡(luò)通道以及泵房開挖對凍土帷幕、初支護(hù)和主隧道的影響。從而,確定了初支護(hù)及凍土帷幕的受力最不利位置和發(fā)生最大變形的位置,并提出相應(yīng)的控制指標(biāo)。

針對突擴(kuò)跌坎應(yīng)用于高速泄流的深孔中其破壞原因眾說不一的問題,通過對亭子口水利樞紐底孔突擴(kuò)方案的三維數(shù)值模擬研究,分析了突擴(kuò)跌坎型的壓強(qiáng)分布、流速分布、底空腔和側(cè)空腔的形態(tài)及整個流態(tài)分布,并進(jìn)行了物理模型試驗驗證。結(jié)果表明,該突擴(kuò)跌坎方案布局合理、有效,且物理模型試驗與數(shù)值模擬結(jié)果吻合。

運(yùn)用三維變密度不可壓計算流體力學(xué)方法對微型y形沖擊射流進(jìn)行流動結(jié)構(gòu)研究.結(jié)果表明:入射角度和入射速度是影響流場結(jié)構(gòu)和混合效果的兩個重要因素,分別存在有最佳入射角度和入射速度.我們發(fā)現(xiàn)在射流角度等于90°、射流速度為中速時,其流場結(jié)構(gòu)最利于混合,因為此時射流的接觸面積最大.另外,射流速度越大,其分割強(qiáng)度值也越大,因此混合性能也越差.當(dāng)速度太大時,會使兩股流體的接觸面破碎而散落在空間中,使其不再接觸,因此對分子間的擴(kuò)散和混合不利.

在運(yùn)用數(shù)學(xué)模型對水流流場進(jìn)行模擬時,僅依靠一維或二維模型還無法兼顧部分模擬區(qū)域的真實水力學(xué)變化,因此有必要展開流場三維模擬。利用流體力學(xué)軟件flow-3d,建立分層水庫近壩區(qū)的浮力流三維數(shù)值模型,對近壩段水流結(jié)構(gòu)以及水電站下泄水溫進(jìn)行精確模擬。分析了相同水溫分層條件下,不同浸沒高度、不同流量對下泄水溫的影響,同時對比了同一下泄流量不同出流方式的下泄水溫差異。結(jié)果表明:在相同水溫分層條件下,流量越大,最大吸入高度越大,取水口可以吸入更接近表層溫度較高的水體;在最大吸入高度以上只改變淹沒深度,取水口前流場基本不發(fā)生變化,對下泄水溫影響很小;復(fù)雜三維地形可以改變水體的流線,對下泄水溫影響很大。

基于n-s方程、rngk-ε模型和有限差分法建立了潰壩洪水分析的三維數(shù)學(xué)模型,進(jìn)行了潰壩洪水通過直角彎道的模型試驗,并將計算值與實體模型試驗結(jié)果中洪水的實測值進(jìn)行對比,結(jié)果表明渠道內(nèi)洪水位的計算值與實測值高度吻合,流速大小與方向也基本一致.為進(jìn)一步研究潰壩洪水沖刷問題,在水流模型的基礎(chǔ)上加入了泥沙模型,并采用槽寬突變渠道中潰壩洪水沖刷的模型試驗進(jìn)行驗證,驗證結(jié)果表明洪水水位的實測值與數(shù)值模擬計算值吻合較好,沖刷完成后的沖刷坑深與堆丘高度也基本一致,說明所建的泥沙模型在研究潰壩洪水泥沙沖刷問題時有較好的準(zhǔn)確性與實用性.

青島屬于土巖組合地層,青島地鐵淺埋或超淺埋大斷面暗挖工程在國內(nèi)外都少見,施工難度和風(fēng)險較大,無本工程類似經(jīng)驗。本文對青島地區(qū)土巖組合——\"上軟下硬\"地層大跨度淺埋暗挖車站的施工進(jìn)行三維數(shù)值模擬研究,對車站在開挖過程中圍巖的變形狀態(tài)進(jìn)行分析,對現(xiàn)場施工作業(yè)具有一定的指導(dǎo)意義。

應(yīng)用final程序?qū)λ紙厚R岸高邊坡進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,分別研究了清江水布埡南昌市陡邊坡整體三維應(yīng)力場,位移場特征,考慮了巖體結(jié)構(gòu)總體上硬下軟、為層分布等重要特征,研究了邊坡巖體內(nèi)進(jìn)行地下洞室開挖后邊坡力學(xué)狀態(tài)的改變,基于削坡是水布埡馬岸主陡國的重要整治措施之一,研究中進(jìn)行了各種分步開挖工況下的削坡有效性定量研究,對重要工況同時進(jìn)行了vi度地震作用下的動力作用分析。

為預(yù)測閘壩下游局部沖刷坑形態(tài)和發(fā)展,基于fluent動網(wǎng)格技術(shù)對當(dāng)卡水電站下游局部沖刷進(jìn)行了三維數(shù)值模擬。采用vof水-氣界面追蹤方法來處理閘壩下游沖刷坑內(nèi)復(fù)雜的自由液面,將床面瞬時剪切應(yīng)力作為泥沙起動及運(yùn)輸?shù)乃畡恿W(xué)條件,計算出不同方向上床底泥沙單寬體積輸沙率,以此為基礎(chǔ)得到河床高程坐標(biāo)的瞬時變化;采用改進(jìn)的泥沙起動臨界剪切應(yīng)力計算公式,有效地避免了床面坡度接近泥沙休止角時造成的輸沙率數(shù)值計算的異常;采用彈簧光順模型及局部網(wǎng)格重構(gòu)模型實現(xiàn)了閘壩下游局部沖刷坑的三維演化過程。通過分析對比沖刷坑最終形態(tài)表明,數(shù)值模擬值與模型試驗實測值吻合良好,說明數(shù)學(xué)模型計算準(zhǔn)確,結(jié)果可信。

為預(yù)測閘壩下游局部沖刷坑形態(tài)和發(fā)展,基于fluent動網(wǎng)格技術(shù)對當(dāng)卡水電站下游局部沖刷進(jìn)行了三維數(shù)值模擬。采用vof水-氣界面追蹤方法來處理閘壩下游沖刷坑內(nèi)復(fù)雜的自由液面,將床面瞬時剪切應(yīng)力作為泥沙起動及運(yùn)輸?shù)乃畡恿W(xué)條件,計算出不同方向上床底泥沙單寬體積輸沙率,以此為基礎(chǔ)得到河床高程坐標(biāo)的瞬時變化;采用改進(jìn)的泥沙起動臨界剪切應(yīng)力計算公式,有效地避免了床面坡度接近泥沙休止角時造成的輸沙率數(shù)值計算的異常;采用彈簧光順模型及局部網(wǎng)格重構(gòu)模型實現(xiàn)了閘壩下游局部沖刷坑的三維演化過程。通過分析對比沖刷坑最終形態(tài)表明,數(shù)值模擬值與模型試驗實測值吻合良好,說明數(shù)學(xué)模型計算準(zhǔn)確,結(jié)果可信。

采用三維水動力學(xué)模型,借助非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格重構(gòu)地形,開展了金沙江干流山區(qū)水庫通航流態(tài)的數(shù)值模擬研究。以攀枝花河段為例,選取不同的來流條件進(jìn)行了模擬,重點(diǎn)關(guān)注了水深、流速、平面流場和典型彎道的環(huán)流結(jié)構(gòu)等水動力學(xué)特性,進(jìn)一步對河段可能的礙航點(diǎn)進(jìn)行了分析。計算結(jié)果表明:在一定的出流邊界條件下,河道水深整體呈沿程遞增趨勢,基本可滿足三級航道標(biāo)準(zhǔn)；同時某些流量級下,局部卡口、突擴(kuò)和彎道河段可能出現(xiàn)礙航流態(tài)。研究結(jié)果可為金沙江梯級水庫群聯(lián)合調(diào)度提供技術(shù)參考。

斷層破碎帶隧道圍巖穩(wěn)定性差,為了解超前小導(dǎo)管注漿加固圍巖的效果,對隧道的開挖過程進(jìn)行了三維有限元數(shù)值分析,數(shù)值計算結(jié)果和隧道拱頂下沉量測結(jié)果都證明了所選預(yù)加固措施的有效性,保證了斷層破碎帶隧道施工的安全。

傳統(tǒng)采暖房內(nèi)熱環(huán)境的三維數(shù)值模擬——為了分析傳統(tǒng)散熱器采暖房內(nèi)的熱利用效果，在抽象物理模型基礎(chǔ)上，建立散熱器采暖房內(nèi)熱環(huán)境的三維數(shù)值模型，模擬傳統(tǒng)采暖房內(nèi)的熱環(huán)境，基于新型采暖熱舒適性標(biāo)準(zhǔn)分析散熱器安裝位置對采暖房內(nèi)熱環(huán)境的影響．結(jié)果表明，...

強(qiáng)夯加固回填土地基的三維數(shù)值模擬——針對回填土地基，基于abaqus有限元軟件，采用大變形幾何非線性三維有限元方法對強(qiáng)夯加固效果進(jìn)行了數(shù)值模擬。分析中考慮每一次夯擊引起的塑性變形，確定前次夯擊后土體塑性區(qū)開展的形狀，并調(diào)整塑性區(qū)的土性參數(shù)，以此作為...

軟土地基上建筑物沉降的三維數(shù)值模擬分析——受場地地質(zhì)條件的限制，很多建筑物采用高壓縮性的軟土作為天然地基，軟土地基的不均勻沉降會威脅到結(jié)構(gòu)的安全。不均勻沉降受上部荷載、結(jié)構(gòu)剛度以及土層的不均勻性等因素的影響，傳統(tǒng)的分層總和法不能全面地考慮這些...

利用cfd軟件fluent對多級導(dǎo)葉式清水離心泵的內(nèi)部流場進(jìn)行了數(shù)值模擬,得出了葉輪及導(dǎo)葉內(nèi)部流道的速度和壓力分布規(guī)律,并發(fā)現(xiàn)了葉輪進(jìn)口回流,出口的二次流動特征等葉輪內(nèi)部流動的細(xì)節(jié),導(dǎo)葉出口區(qū)產(chǎn)生了一個低壓區(qū)等流動特征。然后根據(jù)自編計算軟件利用計算得到的速度場數(shù)據(jù)計算出泵的揚(yáng)程、功率、效率和流量之間的關(guān)系曲線,并與試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。結(jié)果表明:在設(shè)計工況附近,預(yù)測值與試驗值吻合較好,在其它工況點(diǎn),特別是小流量工況點(diǎn),誤差較大。