摘要：围岩是地下洞室的主要承载结构,设计分析时采用的围岩力学参数是否合理直接影响计算结果的可靠性。文章结合某水电站引水隧洞工程,根据围岩监测数据,基于遗传算法,对ABAQuS商业软件进行二次开发,编写了遗传算法程序,对地下洞室围岩力学参数进行反分析,利用反分析得到的参数与工程设计采用的参数进行对比,分析讨论设计采用参数的合理性。结果表明,围岩参数反演值大于设计值,利用反演得到的参数进行计算,位移值小于初始参数的计算值,说明设计采用的参数取值偏安全。类似洞段的分析结果表明,文章采用的方法在类似工程的参数分析中具有很好的适用性。

摘要：为研究盾构管片接缝橡胶密封垫的防水耐久性,开展了橡胶密封垫水热加速老化试验,并对老化后试样进行拉伸力学性能试验、试样表面电镜扫描与长期防水性能试验,分析了橡胶垫表面微观尺度下的防水失效机理;采用橡胶密封垫极限防水压力为耐久性评价指标,结合基于Arrhenius方程的p-T-t数学模型,推导了橡胶密封垫长期防水性能折减系数的预测公式。结果表明:老化后橡胶密封垫表面接触状况的恶化和橡胶材料的硬化,加速了橡胶密封垫接触面间渗漏通道的形成;橡胶密封垫防水性能随着老化时间的增加不断降低,但下降速度逐渐减小。采用提出的防水性能预测公式对广东榕江-关埠引水工程盾构隧洞实际使用的橡胶密封垫的耐久性进行了预测,预测服役100 a后的老化系数为0.390,结果相对于仅考虑橡胶材料力学性能时的预测结果偏小12.36%,对原设计使用期内频繁出现的渗漏现象提供了合理解释与更准确的寿命预测。

摘要：为准确分析混凝土损伤开裂的跨尺度演化过程,提出了一种自适应宏细观递进有限元分析方法.将分析模型划分为单一宏观尺度和宏细观多尺度2个区域,建立自适应分析尺度转换准则以动态更新区域范围.通过自适应建立与宏细观多尺度区域内宏观积分点关联的耦合体积细观有限元模型,实现非均匀宏观网格条件下的宏细观递进有限元分析.基于提出的分区均匀化的宏观损伤表征方法,实现混凝土损伤演化的跨尺度模拟.利用ABAQuS用户材料子程序接口uMAT,编制计算程序.结果表明,自适应宏细观递进有限元分析的自由度数量和CPu耗时分别约为全细观数值模拟的8.35%和17.57%.所提方法可在考虑混凝土细观结构的前提下,实现混凝土损伤开裂跨尺度演化的高效模拟.

摘要：灌浆是水工隧洞补强防渗的有效措施,但因水工隧洞的运行期较长,灌浆结石体长期处于地下水环境中,受到多种物理化学作用,结石体性能劣化,将无法继续满足需要,因此有必要对水工隧洞灌浆圈进行耐久性分析.为研究灌浆圈在运行期内的实际情况,本文利用COMSOL Multiphysics软件,实现了渗流场、溶解沉淀场以及溶质运移场的三场耦合,模拟了随时间变化下灌浆圈在计算域内与地下水溶液进行物质交换的动态过程,并在此基础上进行了钙离子浓度、氢氧化钙质量分数以及灌浆圈耐久性的分析.研究表明:在渗流的长期作用下,灌浆圈将不断地发生溶蚀,各部位的溶蚀程度有所不同,其中灌浆圈外部和拱底处的溶蚀量较大,为薄弱区域,需重点控制;当采用莫斯科文的研究成果,即氧化钙累计溶出率达到25%则灌浆失效的判据时,本文所采用的算例中灌浆圈的有效运行年限为64a.

摘要：地下水封石油洞库的水封措施直接影响洞库储油期渗流场及水封效果,围岩灌浆能显著改变地下洞库渗流场,进而影响洞库的水封效果.本文以我国首个大型地下水封石油洞库为例,研究在有无设置水幕、是否降雨的情况下围岩灌浆深度对洞库水封效果的影响.采用应力-渗流耦合理论,建立地下洞库有限元分析模型,利用大型商业软件ABAQuS设计多种计算方案进行数值模拟.通过模拟得到不同计算方案下孔隙水压力云图、洞库涌水量以及水封厚度数据.分析计算结果得出如下结论:全断面灌浆能有效防止储油期储油泄露;灌浆深度的增加能有效减少储油期洞库涌水量,提升洞库水封性能;灌浆深度为6 m时,该洞库水封厚度已足够,涌水量也较小.

摘要：水工隧洞施工情况复杂,目前的施工仿真计算大多只考虑开挖而缺乏衬砌和灌浆因素,故没有体现隧洞完整的施工过程;施工动态仿真一般根据仿真结果采用预制动画的形式实现,其实现过程复杂,模型不易修改,隧洞施工过程中结构状况例如围岩稳定、锚杆等支护的安全难以直观地确定。考虑隧洞施工各个工序结合系统仿真的方法,调用开挖、衬砌及灌浆的CYCLONE模型得到更为准确的进度计划,基于BIM技术实现施工动态可视化。针对目前较少涉及隧洞结构安全与进度计划耦合仿真,提出基于映射概念与反馈技术的隧洞施工期结构安全仿真方法,基于二次开发技术与数据库技术,采用***+PYTHON语言编制了一套水工隧洞施工仿真系统,实现与工程施工进度相结合的结构安全判断,为工程师提供良好的数据支持。

摘要：初始地应力场是地下工程设计施工的初始条件,在工程建设中通常采用现场测量与数值反演相结合的手段确定。为了提高板岩区多元线性回归反演初始地应力场的计算精度,建立了一种随埋深和地形起伏变化的梯度位移边界条件,并选用横观各向同性弹性本构,用多元回归分析法进行板岩区初始地应力场的计算分析,并对板岩层面特性变化对板岩区地应力场分布影响开展研究。结果表明:改进的多元回归方法效果优于常规位移边界回归方法,板岩层面特性变化对工程区主应力方向有明显的扰动影响,对应力场回归系数也存在较大影响。研究成果对板岩区开展地下工程建设具有良好的指导意义。

摘要：深埋隧洞强岩爆灾害是制约工程开挖施工安全和高效实施的难题,科学爆破开挖设计已成为有效控制强岩爆灾害的重要技术手段。针对锦屏二级引水隧洞工程随隧洞埋深增加、地应力增大所频现的强岩爆灾害的防控问题,对爆破卸压方法的强岩爆防治效果开展了数值仿真设计与现场试验研究。围岩内双排倾斜辐射孔和掌子面垂直超前孔两种爆破卸压方法的数值论证结果表明:前者可在左侧边墙爆破孔及拱顶中部附近、右侧拱腰下部和拱肩爆破孔附近形成了应力松弛区,应力集中部位从轮廓线附近转移到距轮廓线约5.0 m的围岩深部,后者通过爆破卸压作用在掌子面前方产生一定延伸范围的松弛区,可有效释放掌子面处的集中应力。进一步基于拉森斯岩爆判别法对比两方案的岩爆防治效果表明原来可能发生强烈岩爆的部位,采用爆破卸压释放应力后岩爆烈度等级均降低为弱岩爆,掌子面发生岩爆的可能性也显著降低。现场试验验证研究进一步论证了基于爆破卸压理论的快速应力释放方法来防治岩爆的可行性和有效性,并深入分析了两种爆破卸压方案对强岩爆防治的优势。综合研究成果并结合现场实际应用情况,提出了锦屏二级引水隧洞工程岩爆防治的综合措施,为强岩爆环境下爆破开挖设计和施工提供方法与理论支撑。

摘要：根据施工过程中的围岩稳定情况确定出合理的施工进尺并实时可视化评价结构安全状况具有重要的工程意义。首先利用BIM建模软件建立三维基础模型,通过对建模软件进行二次开发并结合系统仿真原理得到引水隧洞施工进度;其次将几何模型转换为数值计算模型并建立进度数据库与引水隧洞数值模型之间的映射关系,通过有限元分析围压系统的安全状况,根据不同进尺下的进度计算及围岩稳定分析结果,合理选择施工进尺;最后基于Python+***混合编程技术编制了引水隧洞施工进度与围岩稳定安全仿真系统。工程应用表明,该系统将隧洞施工进度、支护体系与围岩稳定性进行结合,可为合理制定施工计划及施工现场控制提供可视化技术及数据支持。

摘要：采用湿筛混凝土表征全级配混凝土力学性能是解决试验条件受限时水工混凝土性能测试的重要方法.目前关于骨料级配对水工全级配和湿筛混凝土拉伸断裂性能差异的影响少见研究,因此论文采用细观有限元分析与Monte Carlo模拟相结合的方法,在分析不同骨料级配水工全级配和湿筛混凝土拉伸断裂性能差异的基础上,重点探究上述差异随骨料级配的变化规律.研究表明,骨料级配对全级配与湿筛混凝土拉伸断裂性能的差异有着较为明显的影响,主要表现在随着骨料粒径的增大和大骨料占比的提高,拉伸弹性模量的比值(大于1)增大,峰值抗拉强度、峰值拉伸应变及断裂能的比值(小于1)减小.