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不衬砌有压引水隧洞成洞条件及围岩稳定研究
| 论文题名： | 不衬砌有压引水隧洞成洞条件及围岩稳定研究 |
| 关键词： | 引水隧洞;水利工程;衬砌;隧洞断面 |
| 摘要： | 在水利工程中，有压引水隧洞运行状态直接影响着整个工程的正常使用和经济效益。引水隧洞属于长线结构物，在开挖建设过程中要穿越不同的地段，所遇到的各种地质环境状况也千差万别。这要求我们要结合隧洞所处的环境对隧洞围岩进行分析，考察它所处的状态，作为施加衬砌与否、施加何种衬砌的依据。 有压引水隧洞不同于交通隧道，就其使用功能而言，凡在性质优良、赋存环境简单的岩体内开挖的隧洞，在隧洞充水运行期间，当流固耦合作用不致破坏洞周围岩，并且内水外渗不致影响发电使用时，隧洞断面采用不衬砌形式常常是水工有压隧洞设计中优先考虑的方案。在满足正常使用的前提下，这种措施产生的效益尤为可观。目前，国内外对这方面的研究还不成熟、不深入，鲜见到对隧洞断面衬砌与否所做的较为系统的研究工作。本文从对有压引水隧洞围岩稳定造成较大影响的几个方面入手，来考察它们所产生的影响效果，以此作为隧洞断面衬砌与否的依据。具体方法及相关结论如下： ①在暂不考虑地下水作用的情况下，求解出有压引水隧洞洞室周边几个关键点处的切向应力值，与岩体强度进行比较，初步确定出FLAC软件模拟的工况范围。随后模拟隧洞开挖，计算隧洞开挖后周边位移值，用来与规定的最大容许变形值进行对比，初步确定在不同工况下隧洞围岩的稳定性。 ②在暂不考虑地下水的情况下，考察内水压力作用对洞室围岩造成的影响。把隧洞围岩内的水流看作是层流，解出此种状态下的拉普拉斯方程，结合边界条件可以求得隧洞内水外渗过程围岩中任意一点的水头压力分布。用上抬准则初步确定隧洞最小埋深后，结合公式推导时所采用的边界条件对受最大内水压力作用的隧洞进行模拟。通过模拟后的结果，发现埋深浅的有压引水隧洞不适合采用断面不衬砌形式。 ③考察隧洞充水运行前，地下水作用对隧洞围岩稳定产生的影响。此时地下水渗流场内的水头压力分布的求解方法与隧洞受压力内水作用时一致。再通过FLAC软件模拟隧洞竣工后的运行状态，在前面所确定的范围内，进一步得出适合采用不衬砌断面形式的工况范围。 ④在前面所做工作的基础上，考察有压引水隧洞充水运行期间的稳定性，分析地下水、压力内水、重分布应力三者耦合作用对隧洞围岩稳定所造成的影响。最终确定适合本文背景工程的有压引水隧洞不衬砌的条件。 本文在理论分析和数值模拟的基础上，较为系统的对采用不衬砌断面形式的有压引水隧洞进行了研究。根据其在不同工况、不同运行时期的稳定状态，提出了适合本文背景工程所采用的有压引水隧洞不衬砌的条件。所得结果具有典型性，可为具体的工程实践活动提供一定的参考。 |
| 作者： | 侯龙 |
| 专业： | 地质工程 |
| 导师： | 刘东燕 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆大学 |
| 学位年度： | 2007 |
| 正文语种： | 中文 |
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