地下埋管接触灌浆脱空控制宽度研究

摘要

地下埋管因其可以利用围岩承担部分内水压力，减小钢衬厚度，节约钢材并且受外界条件影响较小的特点在我国大中型水电站中应用广泛。地下埋管相当于一个多层衬砌的隧洞，在回填混凝土浇注完成后，由于混凝土凝固收缩和温度的影响容易产生脱空。为了确保电站的安全运行，必须对脱空区域进行接触灌浆。经多次施工可知，钢衬接触灌浆一般要经过3次或3次以上施工才能达到设计要求，不但给施工带来很多困难，造成施工工期较长，而且钢管也会因多次钻孔使其原始结构受到破坏，后期灌浆孔漏封或漏水还有可能造成重大工程事故，影响钢管的安全运行。因此，确定接触灌浆的脱空界限尺寸，可以作为埋管脱空部位是否需要进行接触灌浆的判别标准，减少施工困难，增强埋管运行的安全性。
　　本文总结了回填混凝土脱空的形成原因、检查方法以及处理方式，选择脱空常见的形状矩形，根据地下埋管强度分析中常用的接触非线性有限元理论，应用ANSYS有限元程序，在地下埋管存在脱空的情况下，对其正常运行进行了仿真计算。通过设置接触单元，模拟了钢衬与围岩的联合承载，与此同时，删除局部接触单元，模拟了钢衬与混凝土的脱空。
　　本文考虑初始缝隙对地下埋管钢衬应力影响很大的现实，研究了初始缝隙值对地下埋管局部脱空区域钢衬应力的影响，并根据影响规律，固定围岩弹性抗力，多次改变钢衬内半径，获得不同内半径的钢衬在不同初始缝隙值下的接触灌浆脱空控制宽度;另外，由于地下埋管管道埋深通常较大，垂直管轴方向的岩石覆盖厚度达到3倍开挖直径以上的就应考虑围岩弹性抗力的影响，因此本文还研究了围岩弹性抗力对脱空区域钢衬应力的影响，并根据影响规律，固定初始缝隙值，多次改变钢衬内半径，获得不同内半径的钢衬在不同围岩弹性抗力下的接触灌浆脱空控制宽度。
　　本文建立的接触单元模型合理，计算的脱空控制宽度可以为判别钢衬与回填混凝土之间是否需要接触灌浆提供参考，具有一定的工程意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本文研究内容和创新点

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 创新点

第2章 钢衬与围岩联合承载和回填混凝土脱空的模拟

2．1 引言

2．2 钢衬与围岩联合承载的模拟

2．2．1 有限元基本理论

2．2．2 接触非线性理论

2．2．3 接触单元介绍

2．2．4 接触单元模型的验算

2．3 回填混凝土脱空的形成、检查及处理

2．3．1 脱空的形成

2．3．2 脱空的检查

2．3．3 脱空的处理

2．4 回填混凝土脱空的数值模拟

2．5 本章小结

第3章 初始缝隙值对脱空区域钢衬应力的影响

3．1 引言

3．2 初始缝隙值的设置

3．3 初始缝隙值对脱空区域钢衬应力的影响

3．4 不同初始缝隙值下的脱空控制宽度

3．4．1 控制标准

3．4．2 计算模型

3．4．3 控制宽度计算

3．5 本章小结

第4章 围岩弹性抗力对脱空区域钢衬应力的影响

4．1 引言

4．2 围岩弹性抗力系数的设置

4．3 围岩弹性抗力对脱空区域钢衬应力的影响

4．4 不同围岩弹性抗力下的脱空控制宽度

4．4．1 控制标准

4．4．2 计算模型

4．4．3 控制宽度计算

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 研究展望

参考文献

在校期间发表的学术论文及其它成果

致谢