浅谈复杂地质条件下不同型式调压井围岩稳定性及结构特性三维有限元分析

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1、四川大学硕士学位论文复杂地质条件下不同型式调压井围岩稳定性及结构特性三维有限元分析姓名：梁照江申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：何江达20050501网川大学硕}学位论史复杂地质条件下不同型式调压井围岩稳定性及结构特性三维有限元分析岩土工程专业硕士研究生梁照江指导教师何江迭教授引水式电站长有压引水系统中，为降低高压管道的水锤压力、减缓引水洞巾的水锤效应和改善机组的运转条件，在引水道和高压管道的连接处一般都建有调压室，地下开挖而成的调压室称为调压井。近年来，随着水电开发的不断深入，一批地质条件复杂且开挖断面巨大的调压井相继开工建设，其施工期的围岩

2、稳定性和运行期的结构安全性问题非常突出，已成为制约该类型水电工程建设周期、投资和安全的关键技术问题。调压井结构是由其周边围岩和支护结构两者共同组成，并相互作用的结构体系。传统的设计方法通常将支护结构及受力进行简化，通过计入山岩压力和弹性抗力方式反映围岩对支护结构的作用，忽视了调压井支护结构与围岩相互作用过程中的变形协调和内力调整，其计算结果不能完全准确反映调压井结构的受力状态，特别是对建筑在复杂地基上的结构复杂的调压井，用简化方法计算出的结果往往差别很大，不能真实反映调压井结构的工作特性。四川岷江姜射坝水电站调压井为阻抗式，采用埋藏式长廊型布置，开挖尺

3、寸为122．4X9．3X58．8m(长X宽X高)，围岩全部为碎裂结构的IV、V类岩石；吉鱼水电站调压井为阻抗式，采用露顶圆筒型布置，开挖直径为37．5m，高度约51．Om，围岩为坡残积层和冰水堆积层组成的Ⅳ类岩石；桑坪水电站调压井为圆筒差动式，大井开挖直径34，Om，井筒高47．75m。本文结合上述三个不同型式调压井的地质地形条件和结构型式，运用三维非线性有限元法模拟调压井分层开挖分层喷锚支护过程，研究了调压井施工期的围岩稳定性和喷锚支护效果，提出了调压井分层开挖控制高度，并研究了施工期和运行期控制工况下调摘要压井的结构特性，揭示了调压井结构的变形与应

4、力分布规律。在此基础上，分别基于有限元应力计算成果和《水工铜笳混凝土设计规范》规定的方法进行结构配筋，给出了不同型式调压井结构的配筋结果，并与传统计算结果进行对比分析。本论文研究成果表明，当处于软弱破碎地质条件下的调压井采用自上而下边开挖边衬砌的施工方式时，调压井大井衬砌应力由开挖工况控制，调压井横撑、底板和顶拱等结构由最高涌浪工况控制：同时在大内径圆形调压井的开挖过程中，围岩塑性区主要分布于井口附近、内外侧边坡浅表层及井底槽孔部位，而地下长廊式调压并塑性区主要出现在穹项、调压井中上部高程等部位，在旖工过程中应采取慎重的施工方式及相应的工程措施。由有限

5、元计算给出的调压井结构各种工况下的变形及应力分布图，可以很清楚地反映凋压井的工作特性。同时，根据调压井各部位的应力大小及其分布规律，可以方便简洁地计算出各部位需要的配筋量，为工程的设计提供依据。对于圆形调压井，由传统方法计算出调压井大井衬砌的变形及应力沿井周呈对称分布．而三维有限元方法计算出调压井相应部位的变形及应力特符与÷有较大的差异，但其变形及应力都有较好的规律性，表明有限元法可以更好地反映调压井周围不对称地形和岩层分布的影响。关键词：调压井有限元法结构特性围岩稳定性结构配筋网J11人学硕I．学他论立3DFEMAnalysisofSurroundi

6、ngRockStability＆StructuralBehaviourofDifferentkindsofSurgeTankswithComplexGeologyMajor：Geo-technicalEngineeringPostgraduate：LiangZhaojiangSupervisor：Prof．HeJiangdaInthelongpressurewaterdiversionsystemofdiversion-typepowerstation，surgechamberusuallyisbuildonthejointofdiversiontun

7、nelanddiversionwaterpressurepipeinordertoreducewaterhammerpressure，andminishthewaterhammereffectandimprovetheworkingconditionsofhydraulicturbines．Surgechamberwhichisexcavatedundergroundiscalledsurgetank．Recently，alongwiththedevelopmentofhydraulicpowerstations，alotofsurgetanksinl

8、argesizeincomplexgeologystructurehasbeenbuilton