高地温水工隧洞围岩衬砌受力特性时空演变规律研究.pdfVIP

摘 要 本文结合新疆某高地温水工隧洞，采用理论分析、现场试验与数值模拟相结合的手段，分别对 高地温水工隧洞围岩及衬砌结构受力特性、施工期围岩开挖损伤区以及施工全过程围岩衬砌水工隧 洞受力特性时空演变规律进行了研究分析，初步得到了如下结论： （1）高地温水工隧洞围岩及衬砌结构受力特性研究。竣工期高地温水工隧洞围岩泊松比不同可 影响围岩与衬砌结构应力场的分布，随着围岩泊松比的减小，水工隧洞围岩与衬砌结构应力场减小； 随着泊松比的增加围岩顶拱环向应力最大增幅可达 126%，衬砌环向应力最大增幅可达384%，可见 围岩顶拱及衬砌结构环向应力受围岩泊松比变化影响较大。 （2）高地温水工隧洞围岩开挖损伤区研究。隧洞开挖 130 天内沿洞口至围岩深部，围岩位移逐 渐减小，隧洞顶拱及侧墙5.0～7.0m 范围内岩体受开挖影响较为明显；隧洞开挖后岩体状态大致可 分为三个区，分别为岩体破碎区，岩体扰动区和完整岩体区，且孔深7-9m 以内围岩完整性较差；岩 开挖塑性区呈‘蝶形’，围岩孔口处受开挖影响较明显塑性应变较大，此处围岩最大塑性应变为0.0022， 塑性区最大长度为9.0m。综合可以确定围岩开挖损伤区范围大致在距孔口9m 以内，此区域内的围 岩稳定性较差应及时采取相应的支护措施。 （3）高地温水工隧洞围岩及衬砌结构时空演变规律研究。施工期高地温水工隧洞围岩最大主应 力均为拉应力，随着时间的增长，最大主应力逐渐减小；围岩顶拱及腰拱最大主应力随时间的变化 可分为三个阶段，分别为应力削减期，应力波动期以及应力稳定期，在对复杂地质条件的岩体施工 时可参照此规律对围岩进行相应的加固措施；围岩上部位移较大，下部位移较小且位移最大值出现 在隧洞顶拱处，围岩应力较大处位移整体较小，两者形成相互对照。衬砌顶拱及底拱主要产生压应 力而衬砌腰拱主要产生拉应力；衬砌结构位移分布较为均匀，衬砌顶拱位移较腰拱处大，顶部位移 较大而底部位移较小，衬砌内侧位移较大而外侧位移较小；衬砌结构外侧在衬砌顶拱及底拱处出现 塑性应变，衬砌内侧在衬砌顶拱、腰拱及底拱处产生塑性应变，塑性应变随着开挖深度的增加而增 加，在开挖深度为50m 处衬砌结构顶拱塑性应变产生最大值。围岩及衬砌结构应力、位移及塑性应 变空间分布与时间分布具有较好的一致性，可相互形成对照。围岩及衬砌结构腰拱处最大主应力波 动较大且最大位移及最大塑性应变均出现在衬砌腰拱处，因此在工程设计施工时需采取相应措施维 持围岩腰拱稳定性并酌情提高衬砌腰拱处混凝土强度。 关键词：高地温；水工隧洞；受力特性；时空演变；数值模拟 I Abstract This paper combines a high ground temperature diversion tunnel in Xinjiang, using the way of theoretical analysis, field tests and numerical simulations to study the mechanical characteristics of the surrounding rock and lining structure of the high ground temperature hydraulic tunnel, the damage area of the surrounding rock excavation during construction, and the entire construction process. The spatial and temporal evolution ofthe stress characteristics of surroundingrock-linedhydraulictunnelshasbeen studied andanalyzed.Someconclusionsareasfollows： （1） Study on the stress characteristics of surrounding rock and lining structure of high ground temperature hydraulic tunnel. Different Poissons ratios