耦合滲流場的TBM輸水隧洞三維有限元分析.pdf

1、TBM掘進技術(shù)憑借其機械化程度高、施工速度快、對外界干擾性小、掘進作業(yè)安全等優(yōu)點成為長距離深埋輸水隧洞開挖施工的首要選擇。目前TBM隧洞穩(wěn)定性分析中大多或是不予考慮外水壓力，或是采用“水-巖分算”的方法將外水壓力簡化為面力施加于襯砌結(jié)構(gòu)的邊界，并且TBM隧洞工程的分析中多將襯砌簡化為均質(zhì)滲透體，未能考慮到TBM隧洞工程中滲水主要發(fā)生在管片接縫等局部區(qū)域。此外，大多隧洞工程研究中采用的地質(zhì)模型都進行了不同程度的簡化，多將地質(zhì)體簡化均質(zhì)體。

2、針對目前研究中的一些不足之處，結(jié)合某TBM輸水隧洞工程實例，開展了耦合滲流場的TBM輸水隧洞三維有限元分析，在總結(jié)現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，取得了如下研究成果：
　?。?）針對目前大多關(guān)于隧洞工程的研究中將隧洞圍巖簡化成均質(zhì)體的不足，構(gòu)建隧洞圍巖三維地質(zhì)模型。從工程地質(zhì)建模數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、地質(zhì)體建模技術(shù)等方面進行地質(zhì)建模理論的介紹，并在該理論的基礎(chǔ)上采用VisualGeo系統(tǒng)，結(jié)合工程實例，構(gòu)建TBM輸水隧洞圍巖三維地質(zhì)模型，為TBM輸水隧

3、洞圍巖滲流場數(shù)值模擬和隧洞穩(wěn)定性分析提供更加符合工程實際的地質(zhì)模型。
　?。?）結(jié)合 TBM輸水隧洞的工程特點，實現(xiàn)隧洞管片接縫滲水的滲流場的模擬，并將水荷載以體積力的形式作用在結(jié)構(gòu)分析中。基于隧洞圍巖三維地質(zhì)模型，針對深埋TBM輸水隧洞在較大外水壓力下容易在襯砌管片接縫處滲水的工程特點，利用自編的腳本文件解決耦合分析模型中滲流場與應力場兩套非匹配網(wǎng)格之間的數(shù)據(jù)傳遞問題，將考慮滲水發(fā)生在管片接縫位置的滲流場中的地下水壓力以體積力的

4、形式耦合至TBM輸水隧洞的穩(wěn)定性分析模型中。在三維結(jié)構(gòu)計算結(jié)果中，利用應力路徑積分方法得到管片襯砌的軸力、彎矩的分布情況。
　?。?）引進基于正交試驗設計的敏感性分析方法，分析隧洞圍巖參數(shù)對于隧洞穩(wěn)定性評價指標的敏感性大小。將基于正交試驗設計的敏感性分析方法引入隧洞滲流應力耦合分析模型，采用三維有限元分析方法計算各個因素不同取值時的隧洞襯砌最大主應力、最小主應力、最大徑向位移三個隧洞穩(wěn)定性的評價指標。利用極差分析方法分析了隧洞穩(wěn)定