基于滲流-應力耦合的導流洞封堵期結構安全性研究.pdf

1、基于滲流基于滲流應力耦合的應力耦合的導流洞封堵期結構安全性研究導流洞封堵期結構安全性研究Studyonthesafetyofdiversiontunnelstructureduringclosureperiodbasedonhydromechanicalcouplingmodel學科專業(yè)：水利工程研究生：郄永波指導教師：張社榮教授天津大學建筑工程學院二零一一年十二月摘要隨著壩工技術的發(fā)展，高壩建設進入快速發(fā)展階段，水工隧洞的建設規(guī)模越來

2、越大，同時也帶來了一系列技術問題。導流洞在結構設計上通常需滿足過流量大、內(nèi)水壓力水頭高以及封堵期外水壓較高的要求，導流隧洞封堵結構的安全性愈受關注。裂隙巖體滲流應力耦合理論是最近國內(nèi)研究的熱點問題，研究滲流應力耦合作用下的水工隧洞安全性對解決實際工程具有重要的指導意義。本文依托大型水電站導流洞工程，基于等效孔隙介質模型，建立了能反映實際工程特性的導流洞三維有限元模型，采用滲流場理論對導流洞封堵期山體的整體滲流場，以及排水孔的模擬方法和排

3、水效應進行研究；采用滲流應力耦合模型，對導流洞封堵期的圍巖穩(wěn)定性及襯砌結構安全性進行分析；基于三維非線性有限元法，對永久封堵體的受力特征及整體穩(wěn)定性進行了探討。主要研究成果有：（1）導流洞封堵期山體主滲方向為沿洞軸線方向從上游向下游滲透，設置防滲帷幕能有效削減壩體下游山體內(nèi)的壓力水頭；地下水補給對山體滲流場影響較大；襯砌結構透水性及洞內(nèi)排水設施對洞周局部范圍內(nèi)的滲流場影響較大，對山體整體滲流場分布影響較小。（2）采用滲流應力耦合模型能較

4、好的考慮地下水與巖體之間的相互作用，更符合工程實際；考慮地下水作用下，導流洞封堵期圍巖拉應力及塑性區(qū)主要發(fā)生在邊墻及底板中部，襯砌結構拉應力主要發(fā)生在底板及邊墻中部內(nèi)表面，結果符合一般規(guī)律；針對封堵期導流洞高外水壓力的特點，在頂拱圍巖增設排水孔可加強襯砌外側的排水，能夠有效改善襯砌結構受力狀況。（3）在高水頭作用下，導流洞封堵體位移以沿洞軸向為主；封堵體在迎水面周邊與基巖接觸面上存在明顯的拉應力區(qū)，但整體應力水平不高；封堵體一般失穩(wěn)破壞