引洮总干渠一期工程黄土隧洞围岩增湿动力特性研究

作     者：黄旭斌 

作者单位：甘肃农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：许健

授予年度：2015年

学科分类：081504[工学-水利水电工程] 08[工学] 0815[工学-水利工程] 081503[工学-水工结构工程] 

主      题：引洮工程 增湿 黄土隧洞 时程分析 地震加速度 临界含水量 主应力 抗剪强度 

摘      要：引洮一期总干渠工程是甘肃省历史上最大的大型跨流域调水水利工程,其建设加速了西部大开发的总方针,具有重大的意义,为促进甘肃省中部地区的经济发展做出了巨大的贡献。由于其大部分引水隧洞和暗渠工程穿越了黄土地区,因此黄土隧洞在地震作用下的稳定性成为了工程的重难点,本文以引洮某黄土隧洞为例,基于Q3黄土初始弹性模量与含水量的关系,利用数值分析方法,以黄土隧洞在其围岩增湿工况结合地震荷载作用进行仿真模拟。本论文主要从以下六个方面进行研究:1、在阅读了大量文献,综合分析引洮一期工程地质勘查资料和引洮工程黄土隧洞围岩工程地质条件的基础上,对引洮总干渠一期工程黄土隧洞所在工程区域的地质环境背景、地质构造、黄土围岩特性和工程地质参数等资料进行了研究分析,结合文献给出的黄土增湿参数,对比得出适用模型分析计算的各项参数。2、建立了和实际工程相同的类马蹄形隧洞断面,由于隧洞的纵向远大于横断面宽度,故按照二维平面应变模型进行分析计算,将分析得到的适合于模型的黄土隧洞参数带入模型中进行分析研究。3、基于黄土含水量与弹性模量及抗剪强度的关系,采用地震加速度时程分析的方法,对已建好的模型进行动力分析,分别在7度和8度地震荷载作用下在传统人工边界下黄土隧洞在其围岩增湿工况结合地震荷载作用进行仿真模拟,数值计算结果表明:随着含水量的增大,隧洞衬砌各部位主应力绝对值减小,自振圆频率减小,自振周期相应增大;与输入的地震加速度峰值相比,小于临界含水量时,隧洞顶部加速度峰值大于输入地震加速度峰值,大于临界含水量时则出现相反的结果;同一含水量下,隧洞衬砌对称部位最大、最小主应力交替出现,使得隧洞衬砌材料发生疲劳损伤,是隧洞衬砌破坏的主要原因,并对7度和8度地震荷载作用下的各数值进行分析对比,发现7度和8度洞顶输出峰值加速度不变对应的临界含水量是基本相同的。4、对于分析得到的黄土隧洞顶部输出峰值加速度对应不变临界含水量在7度和8度地震荷载作用下进行了验证,验证分析得到的洞顶输出峰值加速度和原先输入的地震峰值加速度值是相同的,证明了分别在7度和8度地震荷载作用下黄土隧洞围岩增湿得到的临界含水量数据的合理性。5、对于已分析得到的黄土隧洞衬砌薄弱位置,以及黄土隧洞在选线、隧洞进出口(尤其是浅埋隧洞)、易液化黄土层等能使黄土隧洞出现易于震害的不利因素下,提出了合理化的抗震措施,以期能减少黄土隧洞在地震荷载作用下的灾害发生的可能性。