厄瓜多尔CCS工程2号施工支洞松散堆积段开挖支护数值模拟分析

发布时间：2020-10-28 17:11

　　 CCS水电站位于厄瓜多尔的Coca河流域,该河位于Sucumbios和Napo省之间,电站由四部分组成,分别为厂房、调节水库、输水隧洞和首部枢纽。该水电站总装机150万千瓦,年发电量88亿度,是目前厄瓜多尔国内最重要的基础设施工程。作为引水建筑物的输水隧洞,对整个工程的安全非常重要,而支护的安全又是输水隧洞施工的重中之重。论文对以往隧洞的围岩稳定性以及支护结构计算进行分析研究,得出适合CCS水电站输水隧洞2号施工支洞的有限元数值方法,在此基础上,对CCS隧洞工程所采用的的开挖方法和支护方式进行验证和研究。由于其火山灰地质的特殊性,在现场施工或者数值分析当中都需要考虑很多的实际问题。论文利用ANSYS和3DEC软件进行计算和分析,采用平面应变问题和等效折算法建立计算模型,对隧洞开挖和支护进行数值模拟。同时融入新奥法原理,采用分步开挖法分五步进行开挖和支护模拟,通过对每个施工环节的模拟计算,分析CCS隧洞工程所采用的开挖方法和支护方式情况下位移和应力云图以及塑性区。围岩本构关系采用非线性的弹塑性模型,支护结构本构关系采用线性弹性模型,数值计算采用采用莫尔~库仑(Mohr-Coulomb)屈服准则。模拟过程中,隧洞施工过程中基本上没有出现变形,还原了现场施工每个环节可能出现的问题,验证了现有开挖方法和支护方式以及新奥法施工原理的合理性和科学性。同时也分析得出施工期以及运行期隧洞实时监测的重要性。
【学位单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TV554
【部分图文】：

17图 3-1 衬砌断面型式及类型[23](单位：cm)Figure 3-1 Cross section type and type of lining[23](a)~(f)单层衬砌；(g)~(i)组合式衬砌1-喷混凝土；2-δ=16 mm 钢板；3-Φ25 cm 排水管；4-Φ20 cm 钢筋网喷混凝土；5-锚筋城门洞型断面常应用于无压隧洞中[如图 3-1 (d)、(i)]。马蹄型断面常应用于围岩压力大、岩石破碎的地层中[如图 3-1(f)、(h)]，从顶拱到侧墙的衬砌厚度呈增大趋势。圆形断面常被用于受理条件和水流条件都较好地隧洞中[如图 3-1 (a)、(b)、(c)、(g)]。

要进行衬砌的隧洞，可以在隧洞的不同段根据实际地质状况及需求，选取砌或仅使用一种衬砌型式[24]。常见隧洞衬砌类型有：护面衬砌或平整衬砌、多种组合式衬砌、其他衬砌。衬砌计算的边值法和有限元法门洞型和马蹄型断面常见于无压隧洞中，其衬砌的计算采用结构力学法要方便的解答就可以运用衬砌边值法，但是其假定为围岩均匀、各向同数为常数，计算出的结果为近似值。大型工程中，洞室的地质条件复杂线性、围岩各向异性，边值解法不再适用，此时我们可以利用非线性有限题。于纵轴线较长的隧洞，常采用平面应变问题来解决，选取单位长度的洞考虑，建立二维模型，单元形体可采用三角形或者四边形。划分有限元圆形隧洞，围岩计算范围可取洞宽和洞高的 3~5 倍，对于圆形隧洞则取洞 衬砌边值问题数值解法

这就导致刚度矩阵在有限元计算过程中的数值是随着应变的改变而变化的，受力与位变也存在非线性关系。此时，需要迭代法的引入，来解决有限元中非线性问题。下面介绍初应力迭代法在隧洞衬砌计算中的解法。 f （3.5）设材料切线弹性矩阵为 0D，可得线弹性应力为 e0 D （3.6）由图 3.3 引进初应力 0 ,得出： 0 0 D f （3.7）由 0 产生的单元节点荷载为 00TevP B dV （3.8）式中：V 代表单元体积（平面问题中为面积）；[B]为单元应变矩阵集合节点周围的单元，得 0 00Tee evP P B dV （3.9）
【参考文献】

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本文编号：2860371