铺设排水板的水工隧洞组合衬砌受力特性研究OA北大核心CSTPCD

为研究铺设排水板的水工隧洞组合衬砌结构受力特性,基于有限元软件ABAQUS建立围岩-组合衬砌整体三维数值模型,考虑围岩的约束作用、结构交界面接触非线性和自密实混凝土开裂非线性,研究内水压作用下组合衬砌钢管、自密实混凝土、管片、螺栓等结构的受力特征以及排水板材料属性对组合衬砌结构承载性能的影响。研究结果表明:衬砌充水运行时,钢管发生“横椭圆”膨胀变形,整体出现上抬趋势,排水板端部钢管处于弯剪受力状态,整体应力水平较低;自密实混凝土在排水板端部开裂后发生错动,环向分布多条贯穿裂缝;管片变形主要发生在无排水板铺设区域,环向以受拉为主,而环向螺栓有较大的安全裕度;排水板材料属性对组合衬砌承载性能影响显著,随着其弹性模量略微增加,钢管各部位内水压承载比明显降低,自密实混凝土底部发生开裂,管片环向拉应力持续增大,组合衬砌出现整体联合承载趋势,对管片受力较为不利,后期优化设计应以控制排水板弹性模量为主,建议其弹性模量取值不超过10 MPa,以保证衬砌结构安全运行。研究成果可为水工隧洞组合衬砌结构设计提供参考。