高水頭引水隧洞襯砌結構非線性有限元分析.pdf

1、在大型水電站的設計中,經常會遇到高水頭大直徑壓力隧洞的設計問題,特別在近年發(fā)展起來的引水式電站及抽水蓄能電站中,高水頭大直徑壓力隧洞的建設逐漸增多,高壓隧洞的設計顯得愈來愈重要。壓力隧洞傳統(tǒng)計算方法假定圍巖及襯砌材料為連續(xù)各向同性的彈性介質,忽視了圍巖及襯砌材料的非線性性質的不利影響,并且是將圍巖與襯砌結構分開進行計算,從而導致隧洞混凝土襯砌厚度及配筋量偏大。因此,有必要對考慮隧洞圍巖、襯砌聯(lián)合承載及材料非線性情形下的襯砌結構進行分析計

2、算,并對不同計算方法進行對比研究,為在工程實際中選擇經濟合理的襯砌形式以及提高隧洞運行的安全度提供依據(jù)。首先對實際工程資料進行分析,確定計算范圍及邊界條件。采用ANSYS通用有限元軟件建立整體模型,考慮圍巖與外層襯砌、外層襯砌與內層鋼板襯砌之間的接觸,接觸模型按點-點接觸設置,接觸單元分別采用Contac12與Contac52模擬。先對隧洞初始應力及開挖支護后的二次應力場進行分析；然后對隧洞在檢修、充水運行工況下的兩種襯砌形式(單層鋼筋

3、混凝土襯砌和鋼襯鋼筋混凝土組合襯砌)進行計算,分別計算單層襯砌與組合襯砌條件下,外層鋼筋混凝土襯砌的應力、變形規(guī)律,并對兩種襯砌形式受力情況進行比較分析,得出相關結論。其次,采用邊值法及彈性力學方法進行計算,并與有限元結果進行比較分析。通過運用有限元方法、邊值法及彈性理論對高壓隧洞進行分析計算表明：有限元方法一定程度上克服了隧洞設計中傳統(tǒng)方法的缺陷,能夠較為全面地考慮復雜地質條件及荷載條件。由比較分析可知：邊值方法及彈性力學方法由于在材