预应力压力隧洞安全分析与在线监测温度应力解析

我国有数个已建在建大型水电工程采用了环锚预应力混凝土衬砌技术，均埋设了大量观测仪器。但安全评价分析和在线监测预警预报方面的研究严重滞后于工程建设。一是这种新型多介质复合结构的开裂计算涉及裂尖奇异问题，一般数值分析方法都难以模拟；二是观测数据影响因素解析困难，尤其是温度变化与处于不同约束/应力状态的应变计读数和混凝土应力之间的关系尚不明确。本研究主要解决两个科学问题：（1）把能解决裂尖奇异问题的有限元线法FEMOL引入安全评价结构计算分析，建立基于FEMOL考虑复合结构材料层间关系的非线性模型，分析衬砌结构在不同荷载组合下（包括锚索断丝和断裂）的应力状态、裂缝扩展、破坏模式和破坏过程，提出安全评价方法；（2）通过试验研究，探讨温度变化与处于不同约束/应力状态的应变计读数和混凝土应力之间的关系，建立基于观测数据的混凝土实际应力数学解析式，为在线监测预警预报提供理论依据。 2100433B

我国有数个已建在建大型水电工程采用了环锚预应力混凝土衬砌技术，均埋设了大量观测仪器。但安全评价分析和在线监测预警预报方面的研究严重滞后于工程建设。一是这种新型多介质复合结构的开裂计算涉及裂尖奇异问题，一般数值分析方法都难以模拟；二是观测数据影响因素解析困难，尤其是温度变化与处于不同约束/应力状态的应变计读数和混凝土应力之间的关系尚不明确。.本研究主要解决两个科学问题：（1）把能解决裂尖奇异问题的有限元线法FEMOL引入安全评价结构计算分析，建立基于FEMOL考虑复合结构材料层间关系的非线性模型，分析衬砌结构在不同荷载组合下（包括锚索断丝和断裂）的应力状态、裂缝扩展、破坏模式和破坏过程，提出安全评价方法；（2）通过试验研究，探讨温度变化与处于不同约束/应力状态的应变计读数和混凝土应力之间的关系，建立基于观测数据的混凝土实际应力数学解析式，为在线监测预警预报提供理论依据。

本书以水工压力隧洞衬砌与围岩联合承载的设计思想为主线，在全面阐述水工压力隧洞结构设计原则的基础上，分别介绍了不衬砌水工压力隧洞围岩应力计算、衬砌水工压力隧洞结构应力计算、压力隧洞围岩抗力系数计算、含水围岩衬砌应力计算、压力隧洞温度应力计算、灌浆式预应力衬砌计算、压力隧洞混凝土衬砌限裂设计的有限环变位协调解析方法，并推导出了相应的解析计算公式。本书给出了水工压力隧洞围岩抗力系数的普遍计算式，依据所建立的水工压力隧洞在温度荷载和均匀内水压力联合作用下的计算模型，给出了衬砌伸缩缝间距设计与裂缝开展宽度的计算方法和解析计算式。本书还采用断裂力学理论，推导出了隧洞钢筋混凝土衬砌限裂设计公式。为便于读者加深对各章内容的理解，书中每章均列举了算例。 2100433B

本书为无黏结预应力环锚衬砌技术的*成果。本书共有11章，内容主要包括：概述，水工隧洞环锚衬砌技术发展与工程应用，无黏结预应力环锚衬砌结构特点与工程设计，吉林引松工程引水隧洞预应力环锚衬砌设计方案，环锚衬砌预应力损失与确定方法，基于无内水压原位试验的预应力环锚衬砌和围岩受力变形特征，基于有内水压原位试验的预应力环锚衬砌和围岩受力变形特征，无黏结预应力环锚衬砌数值建模方法与试验验证，不同结构形式环锚衬砌数值模拟及预应力效果，环锚衬砌锚具槽微膨胀混凝土回填试验研究，以及无黏结预应力环锚衬砌施工技术和施工工艺。

本书可供从事水利水电工程技术的科研、设计、施工人员及相关大专院校师生参考使用。

前言

第1章 概述

1．1 引言

1．2 引松工程总体情况及面临的挑战

1．3 本书主要内容

第2章 水工隧洞环锚衬砌技术发展与工程应用

2．1 引言

2．2 预应力环锚衬砌技术的发展历程

2．3 已建工程应用实例

2．4 预应力环锚衬砌力学特性研究方法

第3章 无黏结预应力环锚衬砌结构特点与工程设计

3．1 无黏结预应力环锚衬砌力学特性

3．2 无黏结预应力环锚衬砌结构体系

3．3 环锚衬砌结构设计

第4章 引松工程引水隧洞预应力环锚衬砌设计方案

4．1 隧洞概况

4．2 预应力环锚衬砌段设计方案

4．3 预应力环锚衬砌试验段设计方案

第5章 环锚衬砌预应力损失与确定方法

5．1 引言

5．2 环锚衬砌预应力损失表征与确定方法

5．3 基于环锚模型结构试验的预应力损失参数测试

5．4 基于现场原位试验的预应力损失参数测定

第6章 基于无内水压原位试验的预应力环锚衬砌和围岩受力变形特征

6．1 引言

6．2 现场试验地点选取原则

6．3 现场监测布置方案

6．4 现场试验张拉方案

6．5 混凝土衬砌预应力、应变规律

6．6 无黏结预应力环锚的力学特性变化规律

6．7 衬砌与围岩相互作用特点

第7章 基于有内水压原位试验的预应力环锚衬砌和围岩受力变形特征

7．1 引言

7．2 用于引松工程的模拟内水压的原位加载试验系统

7．3 混凝土衬砌应力应变规律

7．4 无黏结预应力环锚的力学特性变化规律

7．5 加载条件下环锚衬砌-围岩联合承载作用分析

第8章 无黏结预应力环锚衬砌数值建模方法与试验验证

8．1 引言

8．2 数值建模难点

8．3 预应力环锚衬砌数值模拟方法

8．4 预应力环锚衬砌力学特性

8．5 数值模型方法验证

第9章 不同结构形式环锚衬砌数值模拟及预应力效果

9．1 引言

9．2 锚具槽位置对环锚衬砌力学特性影响

9．3 环锚缠绕方法对环锚衬砌力学特性影响

9．4 衬砌厚度对环锚衬砌力学特性影响

9．5 环锚间距对环锚衬砌力学特性影响

9．6 隧洞洞型对环锚衬砌力学特性影响

第10章 环锚衬砌锚具槽微膨胀混凝土回填试验研究

10．1 引言

10．2 微膨胀自密实混凝土室内配合比试验

10．3 微膨胀混凝土回填现场试验

10．4 微膨胀自密实混凝土配制及浇筑技术要求

第11章 无黏结预应力环锚衬砌施工技术和施工工艺

11．1 引言

11．2 施工工艺

11．3 施工技术要求

11．4 环锚张拉控制标准

11．5 施工安全要求

11．6 引松工程现场施工效果分析

参考文献 2100433B