第八章-水工隧洞.pptVIP

第八章　水工隧洞 刘家峡水电站 南水水电站 白山水电站 Fig8-4 Fig8-2a Fig8-2b Fig8-7 Fig8-8abcd Fig8-8ghi Fig8-13 Fig8-2b出口 Fig8-14 Fig8-16 Fig8-17 Fig8-27 Fig8-8-35 刘家峡水电站泄洪隧洞 响洪甸水库泄洪隧洞 塔式进水口 城门洞形 马蹄形 圆形 圆形 圆形 圆形 城门洞形 城门洞形 马蹄形 砼衬砌 钢筋砼衬砌 钢筋砼衬砌 ②单层衬砌 适用：中等地质条件，断面较大，水头较高，流速较大的情况。 材料：混凝土、钢筋混凝土、浆砌石等 内层：钢板、钢筋网喷浆 外层：砼或钢筋砼 顶拱：混凝土 边墙和底板：浆砌石 顶拱和边墙喷锚后再进行砼或钢筋砼衬砌 ③组合衬砌 适用：内水压力较大，围岩软弱破碎的情况。 二、围岩的应力集中 应力重分布 围岩：洞室开挖后产生应力重分布的这部分岩体 应力调整范围 围岩应力计算方法 应力重分布在洞室周边最为显著，远离洞壁，影响减小； 应力重分布与初始应力状态，洞室的断面形状和尺寸，岩体的结构和性质有关。 弹性理论、有限元 8.7 水工地下洞室的围岩稳定性 三、围岩稳定分析 围岩稳定的关键因素 低应力区，具有自重塌滑的特征 高应力区，围岩强烈挤压、塑性变形、产生岩爆等现象 洞轴线与最大水平主应力方向垂直时易发生变形和失稳 初始应力铅直分量较大时，宜采用高宽比较大的具有顶拱的断面 初始应力水平分量较大时，宜采用高宽比较小的近似椭圆的断面 8.7 水工地下洞室的围岩稳定性 开挖时的应力重分布 围岩强度:节理、岩体特性 分析内容 结合地质条件及其力学性质，初始应力，施工方法等，初选隧洞断面、轴线，采用弹性理论公式或有限元计算围岩压力。 如围岩压力超过岩体的弹性极限，可按弹塑性理论计算塑性区的应力，确定塑性区的范围，判断稳定性。 对洞室周边可能出露的危石，按块体平衡法进行分析。 现场量测：主要测量一些选定点的位移，或点与点之间的相对位移，画出位移~时间关系曲线，如位移超过“允许位移量”或位移曲线突然变陡，表明围岩将要失稳，据此采用支护措施。 8.7 水工地下洞室的围岩稳定性 一、作用在衬砌上的荷载 围岩压力(山岩压力) 内水压力 外水压力 衬砌自重 灌浆压力 温度作用 地震作用 8.8 水工隧洞衬砌的荷载及荷载组合 （一）围岩压力 概念：是隧洞开挖后围岩变形或塌落作用在支护上的压力。 1 影响围岩压力的因素 围岩的地质条件和力学特征 初始应力 地下水 隧洞的走向，埋深和几何形状 开挖方法 衬护时间、衬护形式 8.8 水工隧洞衬砌的荷载及荷载组合 假定 铅直围岩压力的强度q： 塌落高度 岩石容重 洞室宽度 岩石的坚固系数 2 围岩压力的计算方法 塌落拱法计算围岩压力 8.8 水工隧洞衬砌的荷载及荷载组合 《水工隧洞设计规范》建议采用的方法 自稳条件好，开挖后变形很快稳定的围岩,不计围岩压力； 薄层状及碎裂散体结构的围岩，围岩压力的强度为： 围岩系数法计算围岩压力 8.8 水工隧洞衬砌的荷载及荷载组合 弹塑性理论法计算围岩压力 圆洞采用修正的芬诺公式(图) 支护或衬砌对围岩的反力，即围岩压力pi越小，R越大，塑性区就越大 R=r0时， pi最大 8.8 水工隧洞衬砌的荷载及荷载组合 围岩压力计算方法的选择 不考虑围岩压力：地质好，开挖不大，能自行稳定的岩体 块体平衡法估计：具明显结构断裂或裂隙切割的岩体 围岩压力系数法：洞室开挖前，估算围岩压力 塌落拱法：松软破碎的岩体 现场实测：重要而围岩条件复杂的岩体 8.8 水工隧洞衬砌的荷载及荷载组合 （二）围岩的弹性抗力 概念 弹性抗力可减小衬砌内力，对衬砌是有利的。 弹性抗力的大小和性质与工程地质条件有密切的关系：坚固完整的岩石，弹性抗力大；围岩软弱、破碎等，弹性抗力小，甚至不能利用。 为了减少山岩压力，有效地利用弹性抗力，常对围岩进行灌浆加固，并填实衬砌与围岩间的空隙，以保证衬砌与围岩紧密相接。 围岩弹性抗力的计算 8.8 水工隧洞衬砌的荷载及荷载组合 （三）内水压力和外水压力 内水压力 无压隧洞：算出洞内的水面曲线，即可确定内水压力。 有压隧洞：内水压力=全水头+水击引起的压力增值。 内水压力＝均匀内水压力+无水头满水压力(Fig8-28) 外水压力 渗流场知，则外水压力知。 如无防渗设施，隧洞进口水位为库水位，出口为0，其间用直线连接。 如天然地下水位比库水为高,则应采用天然地下水面线,不过需乘以折减系数 8.8 水工隧洞衬砌的荷载及荷载组合 （四）衬砌自重 回填灌浆压力按径向均匀分布在中心角90范围内,属临时荷载,常不