农村有压引水隧洞围岩应力变形有限元仿真分析,本论文主要论述了引水隧洞论文范文相关的参考文献,对您的论文写作有参考作用。
引水隧洞论文参考文献：
[摘 要]实验地区的周围环境是复杂围岩,且建有水电站,故而,选择该地区的复杂围岩条件的有压引水隧洞和条件最差的隧洞断面作为研究的例子.在进行复杂围岩的研究过程中,采用的是非线性有限元法,并且对隧道的挖掘、运行过程中的应变能力进行了有限元仿真以及结果分析；对复杂围岩隧洞施工期间的应力变形进行了探讨；对其隧道运行期间的应力变形、分布变化的规律进行了分析.
[关键词]复杂围岩；有压隧洞；应力变形；有限元仿真
[中图分类号]TV223 [文献标识码]A
实验选择地区的地质为复杂岩层,本次研究的重点是该地区隧道应变力的分析,由于该地区建有水电站,故而,该地区的隧道受到了水压的影响.经过测量,该隧道的全长有10.487km,整体隧洞的直径为3.3m,设计隧洞的引水流量为每秒24m3,水流从进口到出口一共流经了4个区域,分别设为ZG1、ZG2s、ZG2i以及ZG3,由于引水隧洞所处环境差,岩体的结构稳压定性不高,故而,在隧道开挖的过程中很容易发生隧道坍塌的事件.
1 隧洞应力变形的计算原理以及计算方法
本次用模型模拟岩土的结构、材料,在不考虑膨胀系数的情况下,模拟地应力的作用.首先是构建支护材料的模型,然后是减载围岩材料的模型,最后是屈服原则的叙述.
1.1 支护材料的本构模型
要想建立本构模型,首先要考虑到弹性材料的应力——应变关系,如公式1所示.
式中,Bij为无应变状态的初始应力,因此,可以将公式1进行简化,如公式2所示.对于各种同性材料之间的材料弹性常量的求解如公式3所示.
式中、X、T都是一个常数,Cijkl满足条件,则T等于0.
1.2 围岩材料的本构模型
由于构建围岩材料的模型为弹塑性的模型,故而,应该將模型元件的弹性以及塑性考虑进去,其关系如公式4所示,因此,模型的弹性应力以及弹性的应变关系如公式5所示,公式6以及7为模型弹性以及塑性的求解方式.
式中,代表的是模型塑性应变力的大小,n标示方向,但是,由于理想弹塑性材料的屈服面和破坏面是重合的,故而,对于各向同性,并且由于屈服面不断的进行扩大,因此,经过推理后,可知弹性应力——应变的关系如公式8所示.
1.3 屈服准则
岩体破坏准则采用的是摩尔——库伦屈服准则,由于此准则几乎适用于所有屈服面的内极限面,故而,在这次模拟中采用这种屈服原则是比较安全的.其应力的表达式如公式9所示.
2 计算模型以及计算的参数
2.1 有限元模型
由于本次研究采用的地质是围岩质量最为脆弱的ZG3段,故而,应该对采用的样本进行有限元的分析计算.
2.2 计算工况
本次设计讨论的工况有两个期间,即隧洞的施工期以及隧洞的运行期,在隧洞的施工期进行有限元应力的变形计算时,要充分的考虑到灌浆的压力、侧向松动的压力、围岩垂直松动的压力以及衬砌自重的作用；在隧洞的运行期进行有限元应力变形计算时,除了要将洞内满水有水头时的内水压力、外水压力考虑进去以外,还要将围岩垂直松动的压力、围岩侧向松动的压力、以及衬砌的自重考虑进去.
2.3 计算参数
依据研究人员的勘查结果以及计算出来的数据信息,列出了围岩、衬砌混凝土的参数表,详细信息见表1所示.
3 计算结果分析
隧洞断面施工期间以及运行期间的整体变形情况如图1以及图2所示.根据有限元的计算结果分析可知,隧洞断面在施工期间以及运行期间皆不发生塑性的形变,而且其变形的趋势基本吻合.围岩平面方向的变形以隧洞垂直中轴线为中心,向四周以对称的形态进行分布,以隧洞水平中轴线以上产生的变形和水平中轴线以下产生的形变互相对称,并且皆是越向上（下）越呈现形变严重的趋势.计算中设定水平位移向右为正,垂直位移向上为正,而隧洞在施工期间以及运行期间的水平位移以及垂直位移的分布图如图1、图2、图3以及图4所示.由图1以及图3可以看出隧洞在施工期间以及运行期间的水平位移基本保持不变,皆是以隧洞竖直中轴线为对称轴向两侧反响分布.由图2以及图4可以得知,隧洞在施工期间以及运行期间的垂直位移有了很大的变化,隧洞的顶端产生向上的形变,而且由上而下的呈现出递减的现象.
根据测量可得,隧洞的水平位移在施工期间的最大值是8.6mm,最小值是-8.4mm,运行期间的最大值是7.3mm,最小值是-6.9mm；隧洞的竖直位移在施工期间的最大值是38mm,最小值是-70mm；在运行期间的最大值是39mm,最小值是-54mm,位置均在隧洞的顶拱处.
4 结束语
综合全文的叙述,可以得出以下结论,围岩中平面的形态以隧道中的竖直中轴线为对称轴呈向下递减的趋势变形,在隧道的施工期间以及运行期间,断面的水平变化不大,而且从隧道竖直轴呈对称分布.在施工期和运行期,顶拱上部围岩体的垂直位移总体呈现向下变位特点,且由上而下呈递增趋势,底拱下部围岩的垂直位移也呈现向下变位特点,且由上而下呈递减趋势；施工期和运行期垂直位移最大值均位于围岩顶部两侧边角处.
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