四川省尼日河开建桥电站工程调压井围岩及支护结构稳定性分析及优化研究

摘要

水电站的调压井是常见的电站建筑物，一般体形较大，荷载及边界条件都较为复杂，同时埋于岩体中属于地下结构范畴。在地下结构两大分析理论即荷载结构法和地层结构法指导下，调压井结构分析可分别采用结构力学方法和空间有限元法。常规的结构力学方法使用弹性薄壁圆柱壳和薄板理论计算调压井井壁与底板，并考虑二者刚性连接，采用地下框架弯矩分配法对井壁和底板进行弯矩分配。这种计算方法引入了较多的简化和假定，无法考虑竖井结构的特殊体型和地下结构荷载等因素的局部变化情况，对围岩的承载能力考虑不足。为了准确反映调压井的空间受力情况，采用三维有限元法进行计算不失为一种有效的方法。但有限元计算涉及到岩体、锚杆、喷射混凝土、钢筋混凝土永久衬砌等多种空间结构和施工过程的模拟，在实际运用中遇到很多困难。因此，对调压井进行空间有限元的分析的建模研究，探讨调压井结构各部位的受力状态，从而优化调压井的结构设计显得十分重要。
　　本文以四川省尼日河开建桥电站调压井为对象，探索和研究了用三维有限元的方法计算调压井的建模方法，讨论了施工期调压井在开挖过程中应力分布情况与变形规律，以及喷混凝土、挂网喷混凝土、不同锚杆支护等情况下，调压井围岩施工期工况下的稳定性，验证围岩支护设计的合理性，提供优化支护参数。验证内水外渗引起的外水作用下调压井衬砌结构的稳定性，在不同外水水位下，对不同衬砌厚度、不同支撑梁截面尺寸、不同支撑梁排数和根数进行稳定性分析，提供优化的衬砌结构方案。最后分析原设计衬砌结构的优化后的衬砌结构在地震荷载作用下的稳定性，为优化衬砌结构提供依据。

目录

摘要

Abstract

1 综述

1.1 岩石地下洞室分析计算的历史及现状

1.2 岩石地下洞室分析计算的前景展望

1.3 本文所作的工作及意义

1.4 工程概况

2 仿真分析模型

2.1 数值分析模型

2.2 数值仿真分析方案

2.3 计算参数

3 调压井施工期围岩稳定性及支护结构分析

3.1 分析断面所在洞段地质情况

3.2 施工方法

3.3 施工期计算成果分析

3.4 锚杆支护调整后施工期计算成果分析及比较

3.5 无支护条件下施工期计算成果分析

3.6 小结

4 调压井衬砌在外水作用下稳定性分析及优化

4.1 三维仿真分析模型

4.2 原设计衬砌方案三维计算成果分析

4.3 优化方案 I衬砌和围岩共同作用承受外水计算成果分析

4.4 优化方案 II衬砌和围岩共同作用承受外水计算成果分析

4.5 优化方案 III衬砌和围岩共同作用承受外水计算成果分析

4.6 优化方案 IV衬砌和围岩共同作用承受外水计算成果分析

4.7 优化方案 V衬砌和围岩共同作用承受外水计算成果分析

4.8 小结

5 调压井衬砌在外水和部分山岩压力作用下稳定性分析及优化

5.1 原方案衬砌在外水和15%山岩压力作用下计算成果分析

5.2 优化方案 II衬砌在外水和15%山岩压力作用下计算成果分析

5.3 优化方案 IV衬砌在外水和15%山岩压力作用下计算成果分析

5.4 优化方案 V衬砌在外水和15%山岩压力作用下计算成果分析

5.5 优化方案 VI衬砌在外水和15%山岩压力作用下计算成果分析

5.6 小结

6 调压井各衬砌方案在地震荷载作用下稳定性分析

6.1 原方案衬砌在地震荷载作用下计算成果分析

6.2 优化方案 II衬砌在地震荷载作用下计算成果分析

6.3 优化方案 IV衬砌在地震荷载作用下计算成果分析

6.4 优化方案 V衬砌在地震荷载作用下计算成果分析

6.5 考虑15%山岩压力原方案衬砌在地震荷载作用下计算成果分析

6.6 考虑15%山岩压力优化方案 V衬砌在地震作用下计算成果分析

6.7 小结

7 推荐方案

7.1 原施工期设计方案

7.2 衬砌优化

8 结论

附图

致谢

参考文献