高内水压力隧洞钢筋混凝土衬砌裂缝控制标准

发布时间：2021-11-04 14:37

　　高压水作用下水工隧洞衬砌开裂难以避免,透水衬砌设计关键是确定衬砌与围岩联合承载条件下的钢筋混凝土衬砌结构受力特征和裂缝控制标准。本文基于压力隧洞衬砌裂缝起裂和扩展特点,分析了传统裂缝计算公式及以数值仿真计算方法的工程适用性,并针对衬砌的主要设计参数进行了裂缝宽度敏感性分析;通过裂缝控制标准解析、数值仿真及工程实际量测的结果对比,提出了衡量衬砌裂缝控制标准的关键依据。研究结果表明,尽管实测裂缝宽度往往大于限裂标准,但多数工程仍正常运行,现行国内外规范的裂缝控制标准过于苛刻,降低了支护结构材料的利用效率,应建立与工程实际相符合的裂缝宽度控制标准。兼顾压力隧洞的工程安全与经济效益,较合理的混凝土衬砌配筋率接近0.9%,衬砌厚度接近800 mm,裂缝宽度控制标准增加至0.35～0.5 mm。 

【文章来源】：水力发电学报. 2020,39(09)北大核心CSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

围岩-衬砌混凝土-钢筋的联合承载作用模型

与公式法相比，采用数值分析方法能直观地确定衬砌裂缝位置，且充分考虑围岩、内水及钢筋等裂缝影响因素。数值分析的关键是起裂位置和裂缝扩展过程。依托工程地质报告中勘探的岩体力学、渗流力学及衬砌支护设计参数，确定数值计算中所需参数。基于离散单元法（PFC2D）程序，顺序模拟内水压力从0.0 MPa到8.0 MPa的过程，分析隧洞充水后衬砌裂缝产生及扩展规律[21]，如图3和图4所示。3.5 MPa内水压力作用下衬砌内壁水平方向首先发生开裂，高内水进入裂缝中并对侧壁产生水压力，而裂缝尖端拉应力进一步引起裂缝扩展。8.0 MPa水压力时，高内水随裂缝扩展距离逐渐衰减，裂缝尖端水压力小于临界水压力值时裂缝扩展趋于稳定，且压力水头随裂缝扩展距离近似呈倒三角形分布。衬砌将沿水平方向产生裂缝，因此，采用在衬砌两侧边墙部位预设水平裂缝的方式模拟裂缝。图4 高内水作用下衬砌裂缝内部孔压分布云图

图3 高内水作用下衬砌裂缝内部水压力矢量分布图采用FLAC3D有限差分方法对压力隧洞衬砌裂缝宽度建模分析，以Cable结构单元模拟衬砌开裂过程中混凝土-环向钢筋的联合承载作用，分析运行期内主筋对衬砌裂缝的具体约束效果。在衬砌两侧边墙部位布置接触面来表达预设裂缝，模拟衬砌裂缝张开与闭合的实际情况。围岩及衬砌混凝土数值模型如图5所示，各设计参数取值如表1所示。

【参考文献】：
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硕士论文
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本文编号：3475930