申请/专利权人：中国水利水电科学研究院;南方电网调峰调频发电有限公司工程建设管理分公司;广西大学

申请日：2022-07-13

公开（公告）日：2022-09-20

公开（公告）号：CN115081294A

主分类号：G06F30/23

分类号：G06F30/23;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.10.31#授权;2022.10.11#实质审查的生效;2022.09.20#公开

摘要：本发明公开了一种高水头钢筋混凝土衬砌压力隧洞充水过程分析方法，该方法基于非连续介质力学的离散元方法实现，利用三维离散元无厚度接触面单元模型模拟高压水流作用下衬砌开裂及衬砌与围岩分离力学行为，利用三维离散元孔隙‑裂隙双重介质渗流应力耦合模型模拟充水过程中压力隧洞水力耦合行为，通过逐级充水加压实现对压力隧洞整个充水过程的模拟。与现有方法相比，本发明不仅可以准确地三维模拟钢筋混凝土衬砌压力隧洞充水过程，而且计算效率高、稳定性好，解决了高水头钢筋混凝土压力隧洞充水过程三维模拟分析的难题。本发明提高了压力隧洞充水过程模拟结果的准确性及模拟效率，为高水头钢筋混凝土衬砌压力隧洞衬砌结构优化设计提供技术支持。

主权项：1.一种高水头钢筋混凝土衬砌压力隧洞充水过程分析方法，其特征在于：它包括如下步骤：S1、根据钢筋混凝土衬砌压力隧洞的设计方案，以及钢筋混凝土衬砌中环向钢筋的纵向布置间距，建立压力隧洞三维离散元无厚度接触面单元网格模型；在建立所述压力隧洞三维离散元无厚度接触面单元网格模型时，考虑压力隧洞钢筋混凝土衬砌内密布的钢筋、钢筋混凝土衬砌出现的裂缝、衬砌与围岩之间接触状态的变化和接触面的透水特性；S2、建立压力隧洞三维离散元孔隙-裂隙双重介质渗流应力耦合模型；所述压力隧洞的三维离散元孔隙-裂隙双重介质渗流应力耦合模型由力学计算的网格模型和渗流计算的Knots模型组成，其中，力学计算网格模型用于压力隧洞的力学分析，Knots模型用于压力隧洞高压水流在孔隙和裂隙双重介质中的渗流分析，并通过这两个模型实现孔隙-裂隙双重介质的应力渗流耦合分析，进而模拟高水头作用下衬砌的开裂特性及衬砌开裂后压力隧洞的水流运动特性及水力耦合效应；S3、设置力学计算本构模型，施加模型边界条件和地应力条件，通过离散元迭代计算，获得压力隧洞的初始地应力场；S4、模拟压力隧洞开挖，通过离散元迭代计算，获得压力隧洞开挖后的二次应力场，并导出压力隧洞开挖后的二次应力场；S5、重新调用步骤S2建立的压力隧洞三维离散元孔隙-裂隙双重介质渗流应力耦合模型，模拟压力隧洞开挖，并导入步骤S4得到的压力隧洞开挖后的二次应力场，施作钢筋混凝土衬砌，具体方法是：S5.1、重新调用步骤S2建立的压力隧洞三维离散元孔隙-裂隙双重介质渗流应力耦合模型，将衬砌内所有单元的本构模型设置NULL，开挖掉衬砌内的围岩；S5.2、遍历所有单元，按单元编号依次相应地导入步骤S4得到的压力隧洞开挖后的二次应力场；S5.3、根据钢筋混凝土衬砌中环向钢筋的布置位置，在衬砌中添加环向钢筋，完成钢筋混凝土衬砌施作；S6、根据设计的压力隧洞水头充水压力，钢筋混凝土衬砌的开裂阈值，确定压力隧洞逐级充水方案；S7、根据压力隧洞逐级充水方案，通过压力隧洞三维离散元孔隙-裂隙双重介质渗流应力耦合模型，模拟隧洞逐级加压充水过程，直至最后一级充水加压完成，保存逐级模拟结果；S8、根据保存的逐级充水加压模拟结果，查询充水过程中衬砌和钢筋的受力、衬砌裂缝宽度的变化以及高压水流的渗透过程，为钢筋混凝土衬砌的设计提供技术支持。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 中国水利水电科学研究院;南方电网调峰调频发电有限公司工程建设管理分公司;广西大学 高水头钢筋混凝土衬砌压力隧洞充水过程分析方法

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