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基于ADINA的钢筋混凝土衬砌安全性分析

文档作者：刘杰以苑腾飞唐亮颜溧洲1 文档来源： 1.三峡大学 2.三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心		点击数：	更新时间： 2024年02月22日
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第38卷第7期 人民黄河 Vol.38,Wo.7
2016 年 7 月 YELLOW RIVER Jul.,2016
【工程建设管理】
基于ADINA的钢筋混凝土衬砌安全性分析
刘杰以，苑腾飞\ 唐亮u ，颜溧洲1
(1.三峡大学，湖北宜昌443002; 2.三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心，湖北宜昌443002)
摘要:基于新奥法的衬砌施工理念及透水衬砌理论，采用ADINA有限元软件，以衬砌内混凝土和钢筋结构极限承载力
为判别标准，对丹巴水电站引水隧洞在外水压力、内水压力及灌浆压力工况下衬砌的安全性进行了分析评价。数值分析
结果表明：该深埋高地应力引水隧洞衬砌在外水压力和灌浆压力作用下，衬砌内混凝土和钢筋处于完全受压状态，其内
力满足承载力要求;在内水压力作用下，衬砌满足抗压承载力要求，但受到较大拉应力，衬砌易开裂。
关键词：引水隧洞；承载力；透水衬砌；安全性
中图分类号：TV672+1 文献标志码：A doi:10.3969/j .iwn.1000-1379.2016.07.028
近年来,随着国家水利水电事业的蓬勃发展，国内
出现了许多大直径、深埋、高内外水压的引水隧洞，这
些隧洞大多采用钢筋混凝土衬砌形式。由于钢筋混凝
土衬砌施工方便、经济，且设计及安全分析理论较为成
熟，因此得到了广泛应用[|]。钢筋混凝土的配筋设计
及安全分析以结构承载力控制和裂缝控制为基本原
则,其设计思路从2 0 世纪5 0 年代普遍采用的容许应
力法,20世纪6 0 年代兴起的极限状态设计法，我国20
世纪7 0 年代的拉应力图形配筋到现在广泛采用的有
限单元法，经历了长足的发展。徐强[2]基于三维有限
元与二维有限元相结合的方法对三维有限元计算结果
与二维有限元模型间的数据传递进行了研究，采用
AN SYS有限元分析软件对龙滩导流隧洞进水口结构
进行了配筋计算;刘建强[3]通过弹性力学、断裂力学
和非线性有限元对水工隧洞衬砌结构在内水压力下的
应力及裂缝扩展进行了研究，对水工隧洞试验模型素
混凝土衬砌结构、单筋衬砌结构和双筋衬砌结构进行
了有限元分析;李宁等[4]采用F IN A L 数值分析软件对
城门洞型压力隧洞衬砌进行了数值仿真分析,并对内
水压力工况下的衬砌钢筋应力、裂缝扩展等进行了
研究。
国内外衬砌配筋设计及安全分析方法所基于的原
则无较大差异，其主要差别在于设计思路不同,采用的
计算公式理论不同。笔者采用A D IN A 有限元软件对
四川省大渡河丹巴引水隧洞衬砌在内外水压及灌浆压
力下的安全性进行分析。A D IN A 的非线性求解功能
强大，且有专门的模拟钢筋的re b a r单元, A D IN A 在钢
筋单元和混凝土单元的接触问题上，不需设置接触单
元，而且钢筋的网格是自动剖分的，避免了混凝土单元
网格与钢筋单元网格的协调问题，其设计思路清晰，计
算结果直观、可靠，适用性强，可以用于隧洞衬砌的安
全分析。
1 工程背景及相关参数
丹巴水电站位于四川省甘孜藏族自治州丹巴县境
内的大渡河干流上,为大渡河干流2 2 级梯级开发中的
第8 级梯级电站。工程采用混合方式开发，初拟正常
蓄水位1 996 m ,总装机容量1 196.6 M W 。电站属二
等大(2)型工程，枢纽建筑物主要有拦河闸坝、引水系
统、发电厂房及开关站等。引水隧洞埋深较大,其中软
岩洞段最大埋深达1 220 m ,开挖后有可能出现较严重
的变形破坏，遇水也易发生软化。该工程正常蓄水位、
设计洪水位和校核洪水位均为1 997 m ,因此不考虑偶
然状况。为简化计算，内水压力取叠加静水压力和动
水压力的统一值，即0.98 M Pa,外水压力按地下水位
线至隧洞中心距离水头计算，取0.70 M Pa,灌浆压力
按规范取0.5 M Pa。
相关工程参数：引水隧洞埋深为1 200 m ,围岩
为皿类和汉类,岩体弹性模量£ = 1 2 G Pa,黏聚力C =
1.2 M P a,内摩擦角

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