陡倾角岩体中阻抗式圆形调压井衬砌结构数值分析

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1、第23卷第8期岩石力学与工程学报23(8)：1296～13002004年4月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringApril，2004陡倾角岩体中阻抗式圆形调压井衬砌结构数值分析袁金亮肖明傅志浩(水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉大学水电学院武汉430072)摘要采用三维非线性有限元对复杂地质条件下的圆形调压井衬砌及阻抗板结构受力进行了分析。提出了调压井混凝土衬砌结构与围岩联合工作的分析方法，给出了调压井混凝土衬砌结构开裂和配筋的计算公式和计算方法。通过分析计算

2、，论证了Y岔圆形调压井空间结构衬砌的受力特征，为同类地下圆形调压井衬砌结构及阻抗板的配筋分析计算提供了一种较好的数值分析计算方法。关键词有限元法，调压井，衬砌分类号O241.82，TU451文献标识码A文章编号1000-6915(2004)08-1296-05NUMERICALANALYSISONLININGSTRUCTUREOFRESTRICTEDCYLINDRICSURGECHAMBERINROCKMASSESWITHSTEEPOBLIQUITYYuanJinliang，XiaoMing，FuZhihao(N

3、ationalKeyLaboratoryofWaterandHydropowerEngineeringScience，WuhanUniversity，Wuhan430072China)AbstractThestabilityofliningstructureofLangyashanrestrictedcylindersurgechamberintherockmasseswithsteepobliquityisanalysedbyusingthree-dimensionalnonlinearFEM.Theanaly

4、ticalmethodofsurgechamber’sliningandsurroundingrockstressedjointlyispresented，andthecomputingformulaeandmethodsofcrackwidthandreinforcementratearealsegiven.Bycomputingforvariousschemes，theforce-bearingstateoftheliningstructureofcylindersurgechamberwithbifurca

5、tionisillustrated，andabetternumericalanalysismethodforsimilarcasesispresented.Keywordsfiniteelementmethod，surgechamber，liningstructure围岩联合受力特征。借助有限元法对复杂地质条件1前言下衬砌及结构的受力特性进行数值分析是十分必要的。本文采用非线性有限元数值分析方法，对处于圆形调压井衬砌结构具有很好的承载能力，围陡倾角岩体中阻抗式Y岔圆形调压井衬砌及阻抗板岩受力条件好，在地下式电站中

6、的应用十分广泛。受内水压和外水压作用等工况进行了分析计算，提随着地下厂房所处的地质条件越来越复杂，地下圆出了复杂地质条件下调压井衬砌结构受力和配筋的形调压井与围岩联合工作的条件也愈来愈复杂，特计算方法，为地下圆形调压井衬砌结构及阻抗板的别是当调压井底部岔管与调压井井身构成复杂的空配筋设计，提供了具有实际参考意义的分析计算思间结构后，采用传统的解析法无法反映衬砌结构与路。2002年10月5日收到初稿，2003年1月20日收到修改稿。作者袁金亮简介：男，24岁，现为武汉大学水电学院研究生，主要从事地下工程洞室稳定性和

7、面向对象有限元前后处理技术方面的研究工作。第23卷第8期袁金亮等.陡倾角岩体中阻抗式圆形调压井衬砌结构数值分析•1297•Δσ=σ−f(4)it2调压井衬砌结构分析的基本方法应转换成单元的节点荷载，再施加到结构上，进行本文采用三维非线性的层状各向异性弹塑性损下一步迭代计算。伤有限元对调压井洞室开挖围岩的稳定性进行分[1]析；锚杆支护计算方法采用隐式锚杆柱单元进行3混凝土衬砌裂缝宽度和配筋率估模拟，该方法将锚杆单元隐埋在岩体单元中，岩体算方法和衬砌的有限元网格划分不受锚杆布置的影响，能够反映洞室开挖和调压井衬砌施加

8、后锚杆的加固作DaviaDarwin和AndrewScanlon提出：受拉构用，也能充分反映锚杆支护对于围岩稳定性和衬砌件的钢筋混凝土的裂缝宽度W，可按下式估算：[2～5]的支护效应。W=4εt(5)maxse调压井衬砌结构是在调压井开挖完毕后施加上去的。为了反映调压井洞室开挖变形对衬砌作用的式中：t=0.7253Ad，A=2dr，d为钢筋保护厚度，e影响，可以将调压井洞