CCS水電站位于厄瓜多爾的Coca河流域,該河位于Sucumbios和Napo省之間,電站由四部分組成,分別為廠(chǎng)房、調(diào)節(jié)水庫(kù)、輸水隧洞和首部樞紐。該水電站總裝機(jī)150萬(wàn)千瓦,年發(fā)電量88億度,是目前厄瓜多爾國(guó)內(nèi)最重要的基礎(chǔ)設(shè)施工程。作為引水建筑物的輸水隧洞,對(duì)整個(gè)工程的安全非常重要,而支護(hù)的安全又是輸水隧洞施工的重中之重。論文對(duì)以往隧洞的圍巖穩(wěn)定性以及支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算進(jìn)行分析研究,得出適合CCS水電站輸水隧洞2號(hào)施工支洞的有限元數(shù)值方法,在此基礎(chǔ)上,對(duì)CCS隧洞工程所采用的的開(kāi)挖方法和支護(hù)方式進(jìn)行驗(yàn)證和研究。由于其火山灰地質(zhì)的特殊性,在現(xiàn)場(chǎng)施工或者數(shù)值分析當(dāng)中都需要考慮很多的實(shí)際問(wèn)題。論文利用ANSYS和3DEC軟件進(jìn)行計(jì)算和分析,采用平面應(yīng)變問(wèn)題和等效折算法建立計(jì)算模型,對(duì)隧洞開(kāi)挖和支護(hù)進(jìn)行數(shù)值模擬。同時(shí)融入新奧法原理,采用分步開(kāi)挖法分五步進(jìn)行開(kāi)挖和支護(hù)模擬,通過(guò)對(duì)每個(gè)施工環(huán)節(jié)的模擬計(jì)算,分析CCS隧洞工程所采用的開(kāi)挖方法和支護(hù)方式情況下位移和應(yīng)力云圖以及塑性區(qū)。圍巖本構(gòu)關(guān)系采用非線(xiàn)性的彈塑性模型,支護(hù)結(jié)構(gòu)本構(gòu)關(guān)系采用線(xiàn)性彈性模型,數(shù)值計(jì)算采用采用莫爾~庫(kù)侖(Mohr-Coulomb)屈服準(zhǔn)則。模擬過(guò)程中,隧洞施工過(guò)程中基本上沒(méi)有出現(xiàn)變形,還原了現(xiàn)場(chǎng)施工每個(gè)環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的問(wèn)題,驗(yàn)證了現(xiàn)有開(kāi)挖方法和支護(hù)方式以及新奧法施工原理的合理性和科學(xué)性。同時(shí)也分析得出施工期以及運(yùn)行期隧洞實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的重要性。
【學(xué)位單位】：華北水利水電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TV554
【部分圖文】：

17圖 3-1 襯砌斷面型式及類(lèi)型[23](單位：cm)Figure 3-1 Cross section type and type of lining[23](a)~(f)單層襯砌；(g)~(i)組合式襯砌1-噴混凝土；2-δ=16 mm 鋼板；3-Φ25 cm 排水管；4-Φ20 cm 鋼筋網(wǎng)噴混凝土；5-錨筋城門(mén)洞型斷面常應(yīng)用于無(wú)壓隧洞中[如圖 3-1 (d)、(i)]。馬蹄型斷面常應(yīng)用于圍巖壓力大、巖石破碎的地層中[如圖 3-1(f)、(h)]，從頂拱到側(cè)墻的襯砌厚度呈增大趨勢(shì)。圓形斷面常被用于受理?xiàng)l件和水流條件都較好地隧洞中[如圖 3-1 (a)、(b)、(c)、(g)]。

要進(jìn)行襯砌的隧洞，可以在隧洞的不同段根據(jù)實(shí)際地質(zhì)狀況及需求，選取砌或僅使用一種襯砌型式[24]。常見(jiàn)隧洞襯砌類(lèi)型有：護(hù)面襯砌或平整襯砌、多種組合式襯砌、其他襯砌。襯砌計(jì)算的邊值法和有限元法門(mén)洞型和馬蹄型斷面常見(jiàn)于無(wú)壓隧洞中，其襯砌的計(jì)算采用結(jié)構(gòu)力學(xué)法要方便的解答就可以運(yùn)用襯砌邊值法，但是其假定為圍巖均勻、各向同數(shù)為常數(shù)，計(jì)算出的結(jié)果為近似值。大型工程中，洞室的地質(zhì)條件復(fù)雜線(xiàn)性、圍巖各向異性，邊值解法不再適用，此時(shí)我們可以利用非線(xiàn)性有限題。于縱軸線(xiàn)較長(zhǎng)的隧洞，常采用平面應(yīng)變問(wèn)題來(lái)解決，選取單位長(zhǎng)度的洞考慮，建立二維模型，單元形體可采用三角形或者四邊形。劃分有限元圓形隧洞，圍巖計(jì)算范圍可取洞寬和洞高的 3~5 倍，對(duì)于圓形隧洞則取洞 襯砌邊值問(wèn)題數(shù)值解法

這就導(dǎo)致剛度矩陣在有限元計(jì)算過(guò)程中的數(shù)值是隨著應(yīng)變的改變而變化的，受力與位變也存在非線(xiàn)性關(guān)系。此時(shí)，需要迭代法的引入，來(lái)解決有限元中非線(xiàn)性問(wèn)題。下面介紹初應(yīng)力迭代法在隧洞襯砌計(jì)算中的解法。 f （3.5）設(shè)材料切線(xiàn)彈性矩陣為 0D，可得線(xiàn)彈性應(yīng)力為 e0 D （3.6）由圖 3.3 引進(jìn)初應(yīng)力 0 ,得出： 0 0 D f （3.7）由 0 產(chǎn)生的單元節(jié)點(diǎn)荷載為 00TevP B dV （3.8）式中：V 代表單元體積（平面問(wèn)題中為面積）；[B]為單元應(yīng)變矩陣集合節(jié)點(diǎn)周?chē)膯卧?0 00Tee evP P B dV （3.9）
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2860371