摘要：针对复合式双层衬砌开展了原位加载试验与三维有限元数值仿真,分析了该结构在内压加载中的联合承载和结构失效过程,并对多种围岩强度下结构的受力变形规律进行了探讨。结果表明:橡胶囊体与钢反力架相结合的加载方式可较好地模拟大直径断面内水压力的作用,光纤感测技术可实现隧洞结构的全断面连续监测;在内压作用下,复合式衬砌联合承载作用明显,内外衬均呈现“横椭圆”且向外膨胀受拉的变形趋势;内衬混凝土开裂成为结构承载力下降的控制因素,当内外压差超过0.40 MPa时,内衬达到正常使用极限状态,联合承载性能降低;随着围岩强度的提高,结构变形及内力响应减小,围岩分担内压的效果增强,宜适当优化衬砌厚度。

摘要：依托罗田水库—铁岗水库引调水工程实际,采用ABAQUS有限元软件对检修车道三梁岔管分别进行了钢岔管单独承载和钢岔管与混凝土联合承载下的三维有限元分析。研究结果表明:①考虑外包混凝土联合承载以后,钢岔管的受力变形显著降低,钢岔管应力分布更为均匀,外包混凝土可以明显改善钢岔管的应力集中现象。②当钢岔管与混凝土完全接触时,钢岔管应力很小,而混凝土承担大部分内水压力,所受拉应力超过了混凝土的抗拉强度,需要大范围配筋。③在钢岔管与外包混凝土之间设置缝隙或垫层后可使得钢岔管承担的内水压力更大,发挥更大的承载作用,同时传递给周围混凝土的内水压力降低,减少配筋量,使岔管结构更加经济安全。

摘要：针对两种不同的计算假定(假定衬砌完全不透水,并将内水压力简化为面力;允许衬砌开裂,内水压以体力的形式由衬砌和围岩共同承担),通过模拟衬砌开裂前后的应力状态,分析不同围岩等级下内水压力承压比的变化,比较衬砌开裂前后的应力及裂缝宽度变化,以及分析固结灌浆圈及围岩的应力状态变化。分析结果表明:衬砌开裂后其承载能力未得到充分发挥,加强固结灌浆圈的承载能力和抗渗能力是提高有压隧洞稳定性的有效手段。对超出挪威准则的事故内压工况,相较于加强衬砌结构,对固结灌浆圈提出更高的抗渗和承载能力要求是更加经济合理的措施。

摘要：对某巨型钢衬钢筋混凝土联合承载蜗壳，采用三维非线性有限元法计算结果表明：当弹性垫层６ｃｍ和垫层材料弹模为２ＭＰａ时，原设计的钢衬为６ｃｍ偏厚，钢衬与座环连接部位应力集中较大；给出了随内水压力增加，埚壳外包混凝土塑性变形和开裂区的发展过程。对上述问题提出了改进措施建议。

摘要：为解决深部软岩地层冻结井筒内壁设计厚度较大问题,运用煤矿立井井筒设计理论和锚杆支护理论,研究了冻结井筒内层井壁、外层井壁和围岩的联合承载受力机理,提出了一种新型井壁结构形式和内层、外层井壁厚度减薄方法,即在井壁围岩中打入短锚杆,锚杆端头浇筑在外壁内部,并将锚杆端头闭锁的钢丝绳连接在内壁钢筋上,通过不同结构联合承载的方式提高内壁和外壁的承载能力,进而减薄井壁厚度。以内蒙古红庆河煤矿副井-640~-660 m冻结段为研究对象,通过理论计算得出了采用新型井壁结构形式后的井壁厚度,其中新型内层井壁厚度较原井壁可减薄12.5%,外层井壁厚度可减薄20%;结合数值模拟手段,给出了新型井壁中的应力传递过程。数值计算表明:新型内层井壁内缘混凝土的压应力值为24.5 MPa,小于原内层井壁内缘混凝土压应力值,验证了新型井壁结构的安全性和可靠性;新型井壁结构中,锚杆和钢丝绳传递的外力主要由外壁的刚性变形承担,锚杆在软岩地层中提供的锚拉作用很小,工程应用时可以缩短锚杆的钻入长度,避免锚杆钻入过程中打穿偏斜的冻结管。这种新型井壁结构将外层井壁强度通过钢丝绳和锚杆连接纳入到了内层井壁的承载体系中,提高了内层井壁的承载力,减薄了井壁厚度。

摘要：锁脚锚杆–钢拱架联合支护是控制隧洞拱顶下沉的有效措施。为了研究其承载机制,建立软岩隧洞锁脚锚杆–钢拱架联合承载的力学计算模型,考虑钢拱架与锁脚锚杆连接处的弯矩、轴力、剪力传递及变形协调。将钢拱架处理为弹性固定无铰拱,采用结构力学法进行求解。锁脚锚杆的横向效应和轴向效应分析表达式分别采用弹性地基梁法和荷载传递法进行详细推导。通过实例首先研究锁脚锚杆的内力与变形特性,并与未考虑弯矩传递及变形协调的已有文献中的模型结果进行对比,然后讨论不同打设角度对锁脚锚杆与钢拱架连接处的内力和变形的影响,最后应用该模型对比分析围岩侧压力系数、刚度以及锁脚锚杆各参数对控制隧洞拱顶下沉效果的影响规律。得出以下结论:锁脚锚杆最不利受力位置在与钢拱架焊接的部位,该部位应焊接牢固,并且在计算模型中宜考虑焊接部位的弯矩传递;锁脚锚杆横向效应主要集中在端部附近区域,该区域围岩应重点加固,且锚杆过长对发挥其横向作用并无贡献;其打设角度不宜过大,取45°左右为佳;增大单根锁脚锚杆(管)规格或增加数量,可获得更好的支护效果;设计中,围岩侧压力系数宜考虑较小值。

摘要：水电站充水保压蜗壳兼备直埋式与垫层式蜗壳的优点,但受力分析复杂。为此,以一个HD值较高的蜗壳为例,应用三维有限元法研究了充水保压蜗壳与外围结构联合承载的过程,模型和计算过程精细,展示了联合承载过程中各结构的力学规律。结果表明:充水发电时,蜗壳与混凝土大部分区域闭合,脱开的面积约3%;外围混凝土大部分区域处在压应力状态,受拉部位少且拉应力较低,钢筋拉应力较小,此情况被现场观测所证实;采用常用公式或完全用有限法计算,蜗壳承载比的计算结果相差不超过3%;蜗壳充水保压值越低,充水运行期与混凝土的接触压力越大、蜗壳的承载比越小,因此蜗壳宜取较小的充水保压值,有利于减少振动;与常规打压顺序相比,非常规打压顺序不利于蜗壳与混凝土的贴合。此成果为该水电站的蜗壳设计提供了重要参考,电站已全面投产,蜗壳及外围结构工作表现良好。

摘要：运用ANSYS软件的APDL语言,提出埋藏式对称Y形月牙肋钢岔管的参数化有限元分析方法。该方法集岔管建模、网格自动划分和加载求解为一体,不仅可对钢岔管进行体形设计与优化,而且方便对影响钢岔管与围岩联合承载比例的各因素进行敏感性分析。以某抽水蓄能电站岔管为例对方法进行了验证,结果表明该方法能节省大量工作、提高工作效率,具有较大的实用价值。

摘要：为研究钢衬-混凝土摩擦及其之间的粘性滑移等因素对水电站半垫层蜗壳结构承载能力的影响,以某水电站蜗壳结构为工程背景,在理论分析的基础上,建立了考虑钢衬与外围混凝土摩擦接触、钢筋与混凝土粘结滑移的非线性数值模型,探讨了半垫层蜗壳非线性联合承载力特性。研究结果表明,在静水压力等荷载作用下,外围混凝土虽在薄弱区域出现局部损伤带,但损伤区域的损伤值较小,混凝土裂缝开展宽度也小于规范规定。此外,钢衬及钢筋应力水平远低于其屈服强度,可以保证蜗壳结构有足够的安全储备,不会因为强度不足而引起结构的破坏。整体而言,研究对象的应力及超载能力均满足要求,设计安全储备较高。

摘要：以某地下电站引水管道为例,采用三维有限元模拟了钢管、回填混凝土与围岩的联合承载体,分析了回填混凝土的三种不同本构模型及围岩弹性模量等重要因素对联合承载体的影响,并在此基础上分析了钢管环向应力、钢管与回填混凝土之间的接触应力、围岩分担率等变化规律。结果表明,回填混凝土易屈服而产生裂缝,应考虑混凝土的断裂特性;回填混凝土采用弹塑性断裂本构模型计算的结果与规范计算得到的结果接近,采用该本构模型安全可靠。