邓建，肖明，陈俊涛



高压引水隧洞运行期复杂承载过程数值分析

邓建1, 2，肖明1, 2，陈俊涛1, 2

(1. 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉，430072；2. 武汉大学水工岩石力学教育部重点实验室，湖北武汉，430072)

基于引水隧洞运行期受力机制，将运行期全过程分为3个阶段：钢衬单独承载，初始缝隙闭合阶段；衬砌未开裂，衬砌与围岩复杂接触联合承载阶段；衬砌开裂，内水外渗阶段。针对各阶段力学特性，分别提出钢衬单独作用弹性荷载求解方法、基于接触力法的衬砌与围岩联合承载分析方法以及考虑应力和损伤影响的渗透系数与渗透荷载计算方法。并据此编制三维有限元计算程序，对某引水隧洞运行期全过程进行数值模拟。研究结果表明：工程实例计算结果较为合理地反映高内水压力下引水隧洞运行期全过程受力特性，并为水工隧洞设计提供一种有效的分析方法。

高压引水隧洞；弹性荷载；接触力法；衬砌开裂；渗透系数；渗透荷载

随着我国经济建设的蓬勃发展，出现了越来越多的高水头电站、深部地下工程，在这些工程中存在着大量的长大引水隧洞，其突出特点是埋深大、水压高、地质条件复杂，给工程建设带来了极大的挑战[1]。在高水头作用下特别是岩体条件较差时，引水隧洞一般采用钢衬钢筋混凝土结构，形成了钢衬、衬砌和围岩相互作用的复杂结构体。引水隧洞在高内水压力作用下，钢衬会发生变形，逐渐与衬砌结构接触，形成钢衬、衬砌与围岩相互接触联合承载的复杂状态，当内水压力逐渐增大时，衬砌会进入损伤演化过程并最终出现宏观裂缝，内水沿着开裂的缝隙渗入周围岩体，产生内水外渗现象[2]。……