陈晨,曹瑞琅,姚磊华,刘立鹏,王玉杰

• 1:中国地质大学(北京)工程技术学院
• 2:中国水利水电科学研究院岩土工程研究所

摘要(Abstract)：

针对高压水工隧洞衬砌裂缝开度的研究,基于钢筋混凝土有限差分方法,引入Cable结构单元,对衬砌开裂后混凝土—钢筋的联合承载特性进行分析,结果显示,裂缝开裂位置与衬砌力学状态有关。通过探讨运行期高内水压力工况下主筋对衬砌裂缝的约束效果,分析了环向配筋率、钢筋位置、隧洞半径和围岩类别对衬砌裂缝开度的影响,并通过逐步回归分析提出高压水工隧洞衬砌的限裂设计优化方法。结果表明:衬砌最大裂缝开度与环向配筋率、围岩变形模量呈反比,选择适中的钢筋位置可以实现对衬砌的最佳约束;在衬砌限裂的优化设计过程中,建议优先采取固结灌浆等工程措施,改善围岩力学性能,其次提高衬砌环向配筋率以减小最大裂缝开度,将调整钢筋位置和隧洞半径作为衬砌限裂的辅助方法。本文研究成果为高压水工隧洞衬砌限裂设计配筋计算和裂缝预测提供重要参考。

关键词(KeyWords)： 高压水工隧洞;衬砌开裂位置;主筋;裂缝开度;优化设计

Abstract:

Keywords:

基金项目(Foundation): 国家重点研发计划项目(2016YFC0401801,2016YFC0401804);; 国家自然科学基金项目(51709282)

作者(Author): 陈晨,曹瑞琅,姚磊华,刘立鹏,王玉杰

DOI: 10.13928/j.cnki.wrahe.2018.11.011

参考文献(References)：

• [1] KULATILAKE P H S W,CHEN J,TENG J,et al. Discontinuity geometry characterization in a tunnel close to the proposed permanent shiplock area of the three gorges dam site in China[J]. International journal of rock mechanics&mining sciences&geomechanics abstracts,1996,33(3):255-277.
• [2]叶翼升.广蓄电站水工高压隧洞设计施工的若干问题[J].水力发电学报,1998,17(2):38-49.
• [3] PERRAS M A,DIEDERICHS M S,BESAW D. Geological and geotechnical observations from the Niagara Tunnel Project[J]. Bulletin of engineering geology&the environment,2014,73(4):1303-1323.
• [4]中华人民共和国水利部.水工混凝土结构设计规范:SL 191—2008[S].北京:中国水利水电出版社,2009.
• [5]张有天,张武功.隧洞水荷载的静力计算[J].水利学报,1980(3):24-34.
• [6]张有天,张武功,王镭.再论隧洞水荷载的静力计算[J].水利学报,1985,3(3):22-31.
• [7]丁旭柳,伍鹤皋,朱忠华.钢筋混凝土压力隧洞裂缝开度计算方法的探讨[J].武汉大学学报(工学版),2001,34(2):24-27.
• [8]黄宏伟,刘德军,薛亚东,等.基于扩展有限元的隧道衬砌裂缝开裂数值分析[J].岩土工程学报,2013,35(2):266-275.
• [9]张芳,王淑鹏,张国锋,等.基于FDEM的隧道衬砌裂缝开裂过程数值分析[J].岩土工程学报,2016,38(1):83-90.
• [10]卞康,肖明.水工隧洞衬砌水压致裂过程的渗流—损伤—应力耦合分析[J].岩石力学与工程学报,2010,29(S2):3769-3776.
• [11]苏凯,伍鹤皋,周创兵.内水压力下水工隧洞衬砌与围岩承载特性研究[J].岩土力学,2010,31(8):2407-2412.
• [12]李腾,苏凯,张智敏,等.高压水工隧洞透水衬砌设计与优化方法[J].岩石力学与工程学报,2017,36:4047-4053.
• [13]李宁,刘波.城门洞型压力隧洞衬砌限裂配筋设计方法研究[J].岩石力学与工程学报,2013,32(12):2409-2414.
• [14]中华人民共和国水利部.水工隧洞设计规范:SL 279—2016[S].北京:中国水利水电出版社,2016.
• [15]汪基伟,冷飞,蒋勇.圆形压力隧洞限裂配筋设计方法研究[J].土木工程学报,2011,44(10):143-148.
• [16]张巍,刘镇,戴北冰,等.压力隧洞钢筋混凝土衬砌开裂数值模拟研究[J].水电能源科学,2017,35(4):130-134.
• [17] BIAN K,XIAO M,CHEN J. Study on coupled seepage and stress fields in the concrete lining of the underground pipe with high water pressure[J]. Tunelling&underground space technology,2009,24(3):287-295.