水工引水隧洞围岩稳定性有限元分析研究

隧道围岩稳定性分析与加固技术研究隧道作为地下交通工程的重要组成部分，其决定着城市交通的畅通与发展。

然而，在隧道的建设、运营及使用过程中，会因为地质条件、水文地质条件、姿态等多种因素导致围岩的不稳定性，从而引起严重的安全隐患。

因此，对隧道围岩稳定性进行分析及相应的加固技术研究，具有重要的实际意义。

一、隧道围岩稳定性分析1、地质条件及水文地质条件分析在隧道建设前，需要进行地质钻探等一系列勘探工作，获取地质、水文地质等方面的相关信息，以便为后续的设计工作提供精确的基础数据。

同时，根据不同地质条件和水文地质条件的特点，对于岩体的物理力学性质、化学特性和水文地质特征等进行分析，以提高隧道围岩稳定性预测的准确性。

2、姿态分析隧道的几何姿态是影响隧道围岩稳定性的重要因素之一。

根据隧道的设计参数和围岩的力学特性，对于姿态角、掏切比、围压大小等因素进行科学分析和提前预测。

只有将所有影响因素加以综合考虑，才能够准确预测隧道围岩稳定性，为后续的加固工作提供科学依据。

3、稳定性计算根据隧道的设计参数和围岩的力学特性，采用方法计算出隧道各截面的围岩稳定系数，确定隧道围岩的稳定性。

同时，进行有限元模拟分析，确定隧道围岩的应力状态，为后续的加固设计提供参考依据。

二、隧道围岩加固技术研究1、高压注浆高压注浆技术是目前隧道围岩补强加固技术中最常用的一种。

该技术通过向岩体内部注入一定数量的水泥浆，进而增强岩体的密实度和抗压强度，改善其力学性质，进一步提高隧道的围岩稳定性。

2、锚杆加固锚杆加固是指将钢筋或拉索预埋在洞壁内或洞壁周围的土层、岩体中，利用锚固力，将锚杆与洞壁紧密连接，从而达到加固效果。

该技术适用于较软的岩石或土壤，其不仅在岩体内部产生锚杆支撑框架，还可以增加其抗拉强度。

3、喷涂加固喷涂加固是利用喷涂机，将钢筋、混凝土等材料喷涂在洞壁上，形成喷涂墙或喷涂块，从而形成能够抗拆、抗析的加固效果。

相比于传统的加固方法，喷涂加固获得了广泛的应用，同时也逐步成为了加固技术的主要趋势。

锦屏二级水电站引水隧洞围岩稳定分析及支护设计摘要：锦屏二级水电站引水隧洞地处高山峡谷地区，埋深大、洞线长，高地应力、高外水压力问题突出。

按照围岩是地下工程中主要的承载结构这一设计思想，应用弹塑性有限元法分析了锦屏二级水电站引水隧洞开挖及支护过程中围岩的变形规律与特征、围岩应力分布及其变化规律、塑性区范围，比较研究了不同渗控方案对隧洞围岩和衬砌的工作状态的影响，得出了一些对高地下水位条件深埋引水隧洞的支护设计有普遍意义的结论。

关键词：水利工程引水隧洞围岩稳定支护设计中图分类号，TV732 文献标识码：A 文章编号1 1000-6915(2005)20-3777-061 引言随着国民经济建设快速发展以及国家西部大开发战略的实施，在交通工程、跨流域调水工程、水电工程中，隧道方案被大量采用并逐渐朝深埋、超长、特大方向发展，这些隧道穿山越岭，穿越不同的地质单元，除具有一般浅埋隧洞的地质问题外，还将遭遇一系列的特殊的地质问题：如高地应力和岩爆、高外水压力和涌水、高地温、有害气体等。

分析这些问题的发生原因、影响因素以及形成规律，并进一步作出科学的评价和预测，进而找寻合适的防治措施成为亟待解决的关键问题。

锦屏二级水电站引水隧洞贯穿锦屏山，具有埋深大、洞线长；洞径大的特点，是锦屏二级水电站枢纽最重要的组成部分。

根据前期的试验探洞资料分析，在引水隧洞施工过程中，可能遇到的工程地质问题有：涌突水、强～剧烈岩爆和其他地质灾害等，其中，高地应力和高地下水是影响引水隧洞围岩稳定性及衬砌结构安全性的主要因素，如何保证围岩稳定及支护结构在“双高”作用下的安全性是锦屏二级水电站引水隧洞能否成立所必须回答的问题，也是隧洞设计参数确定的基本前提。

2 深埋长Il洞结构设计面临的问题锦屏二级水电站工程的关键技术是4条长达16.6km、开挖洞径13m、最大埋深2525m左右深埋长隧洞的设计和施工，在施工开挖过程中将不可避免遇到各种复杂的地质情况，其中主要有地下水问题和高地应力问题。

深部引水隧洞交岔口稳定性仿真计算分析首先，需要建立交岔口的几何模型。

通过测量实地工程，获取交岔口的尺寸和形状，并进行数学建模。

可以使用CAD软件绘制几何图形，并设置材料参数。

然后，进行材料力学参数的确定。

深部引水隧洞交岔口一般采用混凝土作为隧洞衬砌材料，其他部分采用岩体作为围岩。

需要确定混凝土和岩体的强度参数，如抗压强度、剪切强度等，并根据实际情况设置。

接下来，进行边界条件的设定。

在进行仿真计算分析时，需要设定边界条件，如约束条件、加载条件等。

根据实际情况，可以设置交岔口两侧的约束条件和加载条件，以模拟实际工况。

随后，进行数值模拟计算。

可以使用有限元软件进行数值模拟计算，如ANSYS、ABAQUS等。

在计算过程中，需要建立合理的数值模型，并设置合适的网格划分和计算参数。

可以选择静力分析或动力分析方法进行计算分析。

在计算过程中，可以模拟不同情况下的加载和应力响应。

通过计算结果，可以获得交岔口的应力分布、变形情况等信息。

根据计算结果，评估交岔口的稳定性，并进行优化设计。

最后，根据仿真计算分析的结果，可以提出相应的稳定性改善措施。

如增加支护材料、加固结构、调整交岔口几何形状等。

同时，对于可能存在的风险和问题，可以进行风险评估和安全预警。

总之，深部引水隧洞交岔口的稳定性仿真计算分析可以通过建立几何模型、确定材料参数、设定边界条件、进行数值模拟计算等步骤来实现。

通过仿真计算分析，可以评估交岔口的稳定性，并提出相应的改善措施，以确保工程安全。

青龙水电站引水隧洞围岩变形破坏机制及稳定性研
究的开题报告
一、选题背景
随着近年来水电产业的快速发展，水电站建设规模不断扩大，为保证水电站的水量供应和发电量的增加，常常需要建造引水隧洞。

青龙水电站引水隧洞是甘肃省重大水利工程之一，引水隧洞的围岩变形和破坏是影响工程稳定性和安全运行的重要因素，因此有必要对此进行深入研究。

二、研究内容
本研究将对青龙水电站引水隧洞的围岩进行变形和破坏研究，分析引水隧洞围岩变形和破坏的机制。

同时将运用数值模拟方法进行引水隧洞围岩的稳定性分析，探讨引水隧洞围岩在不同开挖方式和支护措施下的稳定性。

三、研究方法
1.采用有限元方法建立引水隧洞围岩筒体三维数值模型。

2.使用FLAC3D软件，对引水隧洞累层岩体进行划分，设置合理的边界条件，进行数值模拟计算。

3.通过数值模拟结果，分析引水隧洞围岩在不同开挖方式和支护措施情况下的应力-应变特性和稳定性。

四、研究意义
青龙水电站引水隧洞的安全稳定运行对保障当地水电供应和电网运行有着至关重要的作用。

本研究可为水电站引水隧洞建设提供科学合理的设计方案，加强工程的稳定性和安全性，对于提高水电站的工程质量和经济效益都必将发挥重要作用。

渡口坝水电站引水隧洞跨河段三维有限元分析针对渡口坝水电站引水隧洞跨河段，采用三维弹塑性损伤有限元法，计算其施工期开挖过程围岩稳定性，运行期内水工况、检修期外水工况衬砌结构受力情况。

在此基础上获得衬砌结构的控制工况，根据此工况衬砌受力情况，对衬砌进行配筋计算，保证衬砌结构安全持久运行。

计算结果表明，隧洞跨河段采用明挖可保证围岩开挖稳定，运行期内水工况为衬砌结构的控制工况，当衬砌配筋率达到1.22%即可满足运行要求。

标签：引水隧洞跨河段；围岩稳定；衬砌受力；数值模拟；配筋计算引言随着水电事业的发展，我国西南地区一些大河的支流上涌现了大批水利水电工程。

受地形限制，这些水电站多采用引水式发电系统，形成了为数众多的长距离引水隧洞[1]。

这些地区的长距离引水隧洞往往要穿越水资源丰富的山脉群，因而通常有跨河段存在。

引水隧洞跨河段由于水流的长期侵蚀，上部覆盖薄，地质条件较差，在施工过程中常采用明挖方式开挖，继而进行衬砌浇筑及混凝土回填。

跨河段地质条件差，施工方式复杂，并且运行过程中由于河流水位的存在，围岩及衬砌结构受力复杂，因而其在施工和运行过程中围岩及衬砌的安全稳定问题是工程的关键。

目前，对于引水隧洞，尤其是深埋引水隧洞围岩稳定问题研究较多[2-3]，但对于引水隧洞跨河段施工及运行过程中围岩和衬砌稳定问题研究较少。

传统的水工隧洞常采用衬砌结构正常使用极限状态分析方法，通过计算衬砌裂缝宽度，钢筋受力进行结构稳定校核。

这种解析方法不能考虑衬砌与围岩的联合受力，对于浅埋的跨河段，也无法考虑上部河流水位作用，因而在跨河段隧洞分析中存在很大的局限性。

本文以渡口坝水电站引水隧洞跨河段为例，采用三维弹塑性损伤有限元法，分析其在不同工况下围岩稳定及衬砌结构受力情况，为隧洞跨河段的设计及安全施工提供必要的理论依据。

1 工程概况渡口坝水电站位于梅溪河中上游重庆市奉节县境内，为混合式电站，是梅溪河第一级开发的水电工程。

坝址控制流域面积764.9km2，占全流域面积2001km2的38.23%，多年平均流量18.2m3/s，年径流量5.74亿m3。

水工隧洞圆形洞口开挖形式的围岩稳定性分析研究丁新潮;刘斌【摘要】水工隧洞圆形进水口方案有全断面开挖和上下半洞台阶开挖步序，根据实际工程概况、地质条件利用有限元软件建立圆形进水口段的三维非线性分析模型，对比同一支护条件下圆形进水口方案全断面开挖和上下半台阶开挖步序的分析结果，分析两种不同开挖步序下该段放空洞围岩稳定性状。

得出圆形方案的最优开挖步序。

%There are two excavation approaches for the cir-cular tunnel of the water inlet,namely the full-face tunneling method and the upper and lower half hole step excavation method. According to the actual engineering situation and geological conditions, this paper uses the finite elements software to establish the three-dimensional nonlinear analysis model for the circular water inlet,and compares the results of the full-face tunneling method and the upper and lower half hole step excavation method under the same supporting conditions,and analyzes the stability of the surrounding rock mass of the two different excavation sequences. Finally the best excavation sequence for the project of the circular tunnel of the water inlet is obtained.【期刊名称】《电网与清洁能源》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】4页(P77-80)【关键词】全断面开挖;上下半洞台阶开挖;围岩稳定性分析【作者】丁新潮;刘斌【作者单位】中国水电顾问集团西北勘测设计研究院，陕西西安 710065;西安理工大学，陕西西安 710048【正文语种】中文【中图分类】TV314长期以来，工程上对大型隧洞施工的快捷、安全性提出了越来越高的要求。

基于耦合理论下的引水隧洞稳定性的敏感性分析陈涛(泰安市泰山广场管理处，山东泰安271000）摘要:本文基于流固耦合理论，以某水电站深埋长引水隧洞为工程实例，建立数值模型研究围岩本构参数（包括弹性模量、泊松比、摩擦角、凝聚力和渗透系数）对围岩稳定性的影响，开展了单因素敏感性分析，以位移来衡量各项参数对围岩稳定性影响的敏感程度，从而确定影响围岩稳定性的主次要因素。

结果表明：渗透系数和弹性模量是影响围岩稳定性的主要因素，凝聚力、泊松比和摩擦角是影响围岩稳定性的次要因素，可为实际工程和相关数值研究提供借鉴。

关键词：敏感性；流固耦合；位移；稳定性；围岩；The sensitivity analysis on the stability of tunnels based oncoupled theoryAbstract: In order to analysis the influence of the property of surrounding rock, including the elastic modulus, Poisson's ratio, friction angle, cohesion and permeability coefficient，on the stability of surrounding rock, the sensitivity analysis is carried out based on finite element software. Some tunnel is selected as numerical model, and the displacement is chose as the evaluation criteria for the stability of surrounding rock to determine primary and secondary factor. The results show that, permeability coefficient and the modulus of elasticity is the primary factor affecting the stability of surrounding rock, while the cohesion, Poisson s ratio and friction angle play secondary part in affecting the it’s stability.Keywords: sensitivity analysis; fluid-structure interaction; displacement; stability; surrounding rock1 引言隧洞工程地质条件复杂，在设计和建设中要考虑一系列应力问题，如高地应力，高外水压力等，此外还要考虑渗流场、应力场以及渗流场与物理场的耦合作用[1-3]。

水电站引水隧洞围岩稳定性研究摘要：水电站修建过程中，隧道洞口的开挖不可避免的会涉及到工程围岩稳定性问题，确保开挖后围岩的稳定性，不仅对工程修建的可行性决策起到控制作用，而且对节约工程投资，提高工程质量有重要意义。

以工程实例，通过构建地质模型，获得岩体参数，建立计算模型，对水电站引水隧道围岩的稳定性进行研究和评价，为以后的水电站建设提供重要基础。

关键词：水电站引水隧道围岩稳定性1 引言21世纪，水利水电建设得到蓬勃发展，而水电站建设往往需要开挖地下隧洞，围岩稳定与否，直接影响到工程设计及施工管理，因此对引水隧洞围岩的稳定性研究具有十分重要的意义，因为围岩处于一种非常复杂的地质环境中，岩体的坚硬程度、断层的分布及其力学特性、各节理组的特征、埋深及初始地应力的大小和分布特点、地下水及开挖和支护的方案及顺序等，都是影响围岩稳定性的重要因素。

而且随着大型水利水电建设的蓬勃发展，引水隧洞的尺寸越来越大，对其稳定性的要求也越来越高，同时由于影响洞室稳定性的各种地质条件的复杂性和难以预测性，使得引水隧洞围岩稳定性评价成为地下工程中的主要问题。

2 隧洞围岩稳定性分析的原理在水电站引水隧洞开挖后，出现了开挖临空面，导致洞室周边的岩体失去原有支撑，围岩体内部由于原始应力场失去平衡、复杂的岩体结构和地应力等诸多因素的作用，就有可能形成不同规模的不稳定块体向洞内塌落，且水电站隧洞围岩局部失去稳定主要是由于围岩体内的各类结构面与洞室临空面组合不利所构成的不稳定块体的掉落和塌滑所造成的，因此，结构面与隧洞临空面的组合形式是决定围岩局部稳定性的关键因素，它直接威胁工程的施工以及洞室的安全和稳定。

由此，在洞室施工前，采用适当的分析方法，预测隧洞围岩可能形成的不稳定块体的形态、规模及其稳定性，为洞室围岩的施工安全以及支护处理措施提出建议方案具有重要的意义。

flac3d是美国itasca 咨询集团公司开发的三维快速拉格朗日分析程序。

输水隧道围岩稳定性有限元分析【文章摘要】我国是水源极其匮乏的国家之一，并且地区分布又极不均匀，输水隧道用于地区之间调水随处可见。

输水隧道一般用于穿越山体和重要的设施，这些地段地质条件复杂，它的稳定性对一方经济的发展和人民的生活至关重要。

本文利用大型通用有限元程序ANSYS分析围压作用下围岩的应力应变状况，分析由于高地应力作用下隧洞围岩的变形关系，为工程设计提供帮助，并为后期输水隧道设计和开挖提供相关的技术参考。

【关键词】输水隧道;围岩;有限元1 隧洞的结构介绍水工隧洞可用于灌溉、发电、供水、泄水、输水、施工导流和通航。

水流在洞内具有自由水面的，称为无压隧洞;充满整个断面，使洞壁承受一定水压力的，称为有压隧洞。

水工隧洞主要由进水口、洞身和出口段组成。

为防止岩石坍塌和渗水等，洞身段常用锚喷或钢筋混凝土做成临时支护或永久性衬砌。

洞身断面可为圆形、城门洞形或马蹄形，有压隧洞多用圆形。

2 有限元方法概述有限单元法以剖分离散和分块插值为指导思想。

其基本方法是将连续的求解区域离散化为一组有限个、且按一定方式相互连接在一起的单元组合体，利用每一个单元内假设的近似函数来分片地表达整个求解域上待求的未知场函数。

其应用范围已由杆件结构问题扩展到弹性力学以及塑性力学问题;由平面问题扩展到空间问题;由静力学问题扩展到动力学问题、稳定问题;由固体力学问题扩展到流体力学、热力学、电磁学等问题。

已成为广大科技工作者的有力武器。

3 基于ANSYS的隧道围岩稳定性分析3.1初始地应力的模拟在ANSYS中，有以下两种方法可能来模拟初始地应力：方法一，只考虑岩体的自重应力，忽略其构造应力，在分析的第一步，首先计算岩体的自重应力场。

这种方法简单方便，只需给出岩体的各项参数即可计算。

不足之处在于计算出来的应力场和实际应力场有偏差，而且岩体在自重应力作用下还产生了初始位移，在继续分析后续施工工序时，得到的位移结果是累加了初始位移的结果，而现实中初始位移早就结束，对隧道的开挖不产生影响，因此在以后的每个施工阶段分析位移场时，需减去初始位移场。

供水工程输水隧洞围岩稳定性分析及衬砌优化设计探讨摘要：供水工程输水隧洞应用广泛，近年来随着城市供水溉日益增长的需求，输水隧洞得到了大量运用。

通过对输水隧洞多方面的研究，不但能够提高隧洞的安全性，而且能有效保证供水工程整体质量和使用寿命。

输水隧洞多方面研究的工作已越来越受到相关部门的重视，基于上述原因，本文就供水工程输水隧洞围岩稳定性分析及衬砌优化设计进行详细探究。

关键词：供水工程；输水隧洞；围岩稳定性；衬砌优化设计中图分类号：TV39文献标识码：A1引言在地下施工作业中，通常会碰到特质不均匀的地表岩石、复杂多样地质构造的问题。

如果再受到力的影响(其中包括外力、应力和内力)，岩体整个内部结构就会产生极大的变化。

如果围岩有形状的变化、位置的移动、松动的围岩地质结构，就会导致很大损失，这表明加强监督管控测量工作对施工作业至关重要。

要保证地下输水隧洞工程能有效减少塌方等危险，就要遵循岩力学的变化规律，对岩围机构的支护时间、参数等指数合理有效整合、掌握和了解。

2 概述输水隧洞工程是隐蔽工程，经常会遇到岩溶、软弱夹层等不良地质，围岩周边岩溶的存在不仅在施工期时容易发生涌水突泥，在运行期也极有可能导致水量渗漏损失[1]，软弱夹层的存在降低了围岩的整体强度，处理不当可能导致隧洞围岩的局部失稳甚至产生大范围的崩塌，引起施工进度拖延，甚至导致人员伤亡，造成严重的质量和安全事故。

衬砌结构作为水工隧洞的重要组成部分之一，起到了减小糙率、保护围岩以及协同承载等重要作用。

在复杂地质条件和内水压力等多种不利因素的综合影响下，衬砌开裂事件时有发生。

衬砌开裂会造成严重渗漏，极大地影响了水工隧洞的运行安全和使用寿命。

3 隧洞围岩变形影响因素隧洞施工过程中，围岩变形受到各种因素的影响[2]。

但是，我国目前的隧洞规范没有基于位移的围岩稳定标准，主要是由于在不同岩性和不同工作条件下，围岩位移发生了较大变化。

另外，跨度、埋深、施工方法等因素对围岩变形也有较大影响。

高地应力水工隧洞节理围岩稳定及支护措施研究高地应力水工隧洞节理围岩稳定及支护措施研究随着经济的发展和交通的日益便捷，水利工程在我国的建设中扮演着重要的角色。

水工隧洞作为水利工程中的重要组成部分，其稳定性直接影响着工程的安全运行。

然而，高地应力条件下的水工隧洞节理围岩稳定性问题一直是工程界面临的难题之一。

因此，对高地应力水工隧洞节理围岩稳定性及支护措施的研究具有重要的理论和实践意义。

高地应力水工隧洞的稳定性问题与其地质特点密切相关。

高地应力水工隧洞常处于深部岩体，其地层岩石具有较高的地应力。

这种高地应力导致围岩出现密接断裂、滑动断裂和剪切变形等现象，给工程带来了极大的不稳定性。

同时，高地应力条件下围岩岩性也变得非常脆弱，容易出现碎裂、抛掷和冒落等问题，增加了工程的风险。

针对高地应力水工隧洞围岩的稳定性问题，研究者们提出了一系列的支护措施。

首先，合理的设计隧洞的几何形状对于提高工程的稳定性至关重要。

通过选择合适的隧洞断面形状、减小开挖断面的大小及合理的埋深，可以降低围岩的应力集中程度，减少围岩的变形和破坏。

其次，加强隧洞支护工程是确保隧洞稳定性的关键。

目前，常用的隧洞支护方法包括初期支护和永久支护两个阶段。

初期支护主要通过施工拱形支架来减轻围岩压力，同时也可以降低地质灾害的风险。

除了上述的支护措施外，还有其他一些技术手段可以用于提高高地应力水工隧洞节理围岩的稳定性。

比如，在勘探阶段采取合理的地质预报方法，对围岩的物理、力学特性进行全面准确的分析，为后续的工程设计和施工提供可靠的依据。

此外，科学地选择爆破参数、合理布置支护材料等也是保证工程稳定的重要环节。

高地应力水工隧洞节理围岩稳定及支护措施研究是一个复杂而艰巨的任务，需要从地质学、力学学以及工程学等多个学科的角度进行深入研究。

在研究中，应该重视理论和实践的结合，注重试验研究和现场观测的数据收集，以提高研究成果的可靠性和适用性。

同时，还要加强与其他领域的交叉研究和合作，吸引更多的研究力量投入到这一领域中，共同推动高地应力水工隧洞节理围岩稳定性问题的解决。

水电站引水隧洞围岩稳定分析及支护设计韦爱思【摘要】The diversion tunnel construction of hydropower project has long excavation route,large engineering quantity and large excavation tunnel diameter with features.Besides,gushing mud,gushing water,collapse and other accidents are more likely to occur in the construction process affected by unfavorable geology.Taking the diversion tunnel of Liang wan hydropower station as an example,this paper carries out the calculation,analysis and demonstration of surrounding rock stability and designs the initial support scheme of surrounding rock,which can be regarded as an effective reference for the construction of tunnel structure.%水电工程引水隧洞施工具有开挖路线长、工程量大、开挖洞径大等特点.在施工过程中受不良地质的影响容易出现涌泥、涌水、坍塌等事故.本文以良湾水电站引水隧洞为例,对围岩稳定性进行计算分析和论证,并对围岩初期支护方案进行设计,为洞室结构施工提供有效参考.【期刊名称】《中国水能及电气化》【年(卷),期】2017(000)001【总页数】4页(P60-63)【关键词】水电站;引水隧洞;围岩稳定;支护设计【作者】韦爱思【作者单位】广西壮族自治区河池水利电力勘测设计研究院,广西河池 547000【正文语种】中文【中图分类】TV732良湾水电站为引水发电工程，位于广西河池市凤山和巴马两县交界地段的盘阳河上。