水工高压隧洞衬砌结构计算的边值法

发布时间：2017-09-02 13:10

  本文关键词：水工高压隧洞衬砌结构计算的边值法

  更多相关文章： 水工高压隧洞 边值法 混凝土弹性模量 体力理论 围岩承载比

【摘要】：随着我国基础设施建设的持续推进,水工隧洞等大型地下结构的建设和发展也日益加快,尤其是高压水工隧洞,在国内已有了大量的工程应用。自人类开挖隧洞以来,基于衬砌结构的设计计算方法经过不断的发展至今已较成熟,目前主要有结构力学法和弹性力学法两大类。伴随计算机的高速发展,结构力学法的数值解法——边值法应运而生,其因可程序化、高效简便的优点被众多科研设计人员广泛使用。本文首先阐述了边值法的计算原理,对其程序化的重要技术处理方法做了详细介绍,并绘制了计算程序流程图,应用MATLAB编制了计算程序。并与理正岩土5.6版的计算结果进行对比,验证了本文程序的正确性。然而,传统边值法也有其缺点,如不考虑钢筋混凝土的开裂,不考虑衬砌渗水,所以对高压隧洞来说,内力与配筋计算结果偏大。在高压水作用下,隧洞混凝土衬砌一般会开裂并与围岩脱开,围岩也就承担了部分水荷载。所以,本文一方面将衬砌混凝土弹性模量进行折减；另一方面,将边值法与水荷载的体力理论结合起来,把衬砌视为透水结构,内水压力以渗透压力形式作用在衬砌和围岩上。采用以上两种途径尝试改进传统边值法,并编制计算程序进行了实例计算。其次,本文以圆形高压水工隧洞为例,考虑到高压隧洞在很低的水头下衬砌开裂并与围岩脱开的实际情况,计算了不同衬砌厚度、隧洞内半径、围岩渗透系数、钢筋间距、内水压力下的围岩承载比,并以计算所得数据为基础,讨论了围岩承载比随以上5个变量的变化规律与取值区间。最后,对本文的主要工作进行了总结,并对以后的工作进行了展望。
【关键词】：水工高压隧洞 边值法 混凝土弹性模量 体力理论 围岩承载比
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV672.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 符号规定7-11
• 1 绪论11-16
• 1.1 引言11
• 1.2 我国水工隧洞的发展11
• 1.3 水工隧洞衬砌的作用及类型11-12
• 1.3.1 水工隧洞衬砌的作用11-12
• 1.3.2 水工隧洞衬砌常见形式12
• 1.4 水工隧洞设计方法12-14
• 1.4.1 结构力学法12-14
• 1.4.2 弹性力学法14
• 1.5 高压水工隧洞设计出现的问题14-15
• 1.6 本文的主要工作15-16
• 2 衬砌结构计算的边值法及其验证16-55
• 2.1 衬砌结构计算的边值法16-27
• 2.1.1 原理概述16-17
• 2.1.2 衬砌边值问题的建立17-21
• 2.1.3 基本方程式的数值解21-25
• 2.1.4 衬砌结构交界点处连接处理25-27
• 2.2 算例验证27-44
• 2.2.1 圆形水工隧洞27-37
• 2.2.2 城门洞形隧洞37-40
• 2.2.3 马蹄形水工隧洞40-44
• 2.3 剪力位移项对计算结果的影响44-54
• 2.4 本章小结54-55
• 3 折减混凝土弹性模量改进边值法55-66
• 3.1 边值法计算某隧洞衬砌配筋56-58
• 3.1.1 工况及计算简图56-57
• 3.1.2 求解过程57-58
• 3.2 折减混凝土弹性模量对衬砌内力的影响58-63
• 3.3 内力与外荷载关系63-64
• 3.4 隧洞内半径、衬砌厚度对轴力比的影响64-65
• 3.5 本章小结65-66
• 4 结合体力理论改进边值法66-86
• 4.1 水荷载的体力设计理论66-67
• 4.2 体力理论67
• 4.2.1 体力理论计算模型67
• 4.2.2 体力理论基本假设67
• 4.3 无围岩松动圈时衬砌外表面水压力p_2求解67-70
• 4.3.1 衬砌外表面处水压力p_2计算公式69-70
• 4.3.2 求解衬砌外表面处水压力p_270
• 4.4 体力理论与边值法结合70-73
• 4.4.1 计算方法及流程70-71
• 4.4.2 实际算例71-73
• 4.5 体力理论与边值法结合计算配筋面积与实际工程配筋对比73-75
• 4.5.1 瀑布沟水电站压力管道73-74
• 4.5.2 溪洛渡水电站压力管道74
• 4.5.3 乌江索风营水电站引水发电隧洞74-75
• 4.5.4 实例验证总结75
• 4.6 影响围岩承载比的因素探讨75-85
• 4.6.1 围岩承载比N随内水压力p_1变化的规律77-78
• 4.6.2 围岩承载比N随钢筋间距S变化的规律78
• 4.6.3 围岩承载比N随衬砌厚度t的变化规律78-80
• 4.6.4 围岩承载比N随隧洞内半径r_1变化的规律80-83
• 4.6.5 围岩承载比N随围岩渗透系数K_r变化的规律83-85
• 4.7 本章小结85-86
• 5 总结与展望86-88
• 5.1 本文主要工作及成果86
• 5.2 展望86-88
• 参考文献88-90
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况90-91
• 致谢91-92

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 董旭东;;减少隧洞污水对环境影响[J];黑龙江科技信息;2011年13期

2 ;开挖隧洞的修钎厂和修钎工作[J];水力发电;1955年05期

3 陈小文;隧洞开挖规格控制[J];爆破;2000年S1期

4 丁春富,胡茂红;丰潭引水隧洞开挖进度与施工管理的实践[J];浙江水利水电专科学校学报;2000年04期

5 徐小华;隧洞安全施工措施[J];地质勘探安全;2001年01期

6 李益南,何建岳;隧洞开挖施工中机械设备尾气污染的解决途径[J];浙江水利科技;2003年06期

7 李锡武;光面控制爆破在东改工程石山隧洞开挖中的应用[J];四川水利;2003年06期

8 葛鸿飞;特殊情况下的隧洞开挖[J];山西水利;2004年04期

9 路军利;;隧洞开挖质量控制的体会[J];西北水力发电;2005年S2期

10 陈汉文;;隧洞开挖循环时间计算方法[J];施工组织设计;2005年00期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 魏永华;杨箫;;复杂地质条件下特大断面隧洞开挖施工技术探讨[A];南方十三省（市、区）水电学会联络会暨学术交流会论文集[C];2007年

2 余波;;天生桥二级水电站隧洞区岩溶水文地质特征[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展（上册）[C];2001年

3 张雪刚;熊平初;冯波;;乡城水电站古河床地质条件下的隧洞开挖与初期支护[A];贵州省岩石力学与工程学会2010年学术年会论文集[C];2010年

4 杨玉银;;隧洞开挖光面爆破新技术[A];光面预裂爆破论文汇编[C];2007年

5 郭永刚;;隧洞施工技术研究[A];混凝土面板堆石坝技术交流文集[C];2011年

6 李洪涛;卢文波;舒大强;;隧洞开挖爆破地震反应谱特征研究[A];第一届中国水利水电岩土力学与工程学术讨论会论文集（下册）[C];2006年

7 简文彬;姚环;陈祺模;;大腹山隧洞围岩位移的非线性时间序列分析[A];第六届全国工程地质大会论文集[C];2000年

8 赖正发;张国海;杨正东;黄经秋;;某隧洞洞身的变形分析[A];第七届全国工程地质大会论文集[C];2004年

9 吴海平;常彦斌;;三板溪水电站泄洪洞特大断面隧洞开挖技术[A];纪念贵州省水力发电工程学会成立20周年论文选集[C];2005年

10 张巍;郑晶星;章鹏;;惠州抽水蓄能电站高压隧洞渗流及结构计算分析[A];抽水蓄能电站工程建设文集（2009）[C];2009年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 翟平国;奋战在2525米地下的武警水电兵[N];人民公安报;2010年

2 妥建国;肃南重点工业项目建设一帆风顺[N];张掖日报;2010年

3 高星亮;用于敷设更大管道的微隧洞开挖机[N];中华建筑报;2001年

4 廖理扬 佘奕卫 沈利;担纲少帅不畏难[N];中国水利报;2001年

5 记者 殷磊　通讯员 陈晓斌;九龙江水年底穿隧入厦[N];厦门日报;2011年

6 本报记者 帅弋;贵金线年底建成通车[N];贵阳日报;2009年

7 何毓敏;一项工程多项全省之最[N];中国矿业报;2004年

8 本报记者 曾正贤 通讯员 杨卧龙 郭荣胆;信誉做大市场蛋糕[N];中国铁道建筑报;2005年

9 本报记者 汪栋 通讯员 宋振峰;那里有沉甸甸的责任[N];中国水利报;2011年

10 谢见柏 赵玉秀;重大的试验 丰硕的成果[N];黄河报;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 王明霞;水工高压隧洞衬砌结构计算的边值法[D];大连理工大学;2016年

2 杜鑫;大型水电站隧洞开挖施工的三维数值模拟研究[D];西华大学;2010年

3 欧阳礼捷;隧洞开挖渗流场适时预报方法研究[D];河海大学;2007年

4 蔡书生;隧洞开挖爆破专家系统的研究与开发[D];西安理工大学;2005年

5 李鹏涛;TBM施工隧洞衬砌管片内力分析模型研究[D];西北农林科技大学;2009年

6 刘枫;隧洞开挖对邻近桩基影响的数值分析[D];大连理工大学;2007年

7 张怀军;南水北调东线穿黄河工程过河隧洞开挖涌水预测分析研究[D];天津大学;2008年

8 王成平;基于VB的隧洞开挖爆破管理设计系统[D];西安理工大学;2007年

9 权乾龙;富水隧洞注浆堵水技术及合理注浆圈形式研究[D];西南交通大学;2014年

10 李震;绿泥石片岩力学—水化学特性及其对隧洞稳定性影响研究[D];湖北工业大学;2012年

，

本文编号：778730