首页 > 论文范文 > 工程工业论文 > 工程综合论文 > 水利水电工程论文 > 贴壁混凝土板高度对岩锚梁稳定影响

贴壁混凝土板高度对岩锚梁稳定影响

2024-11-04 83 上传者：管理员

摘要：以金川水电站为例,利用Midas GTX NX有限元计算软件,计算分析贴壁混凝土高度对岩锚梁锚杆轴力、岩锚梁应力、应变以及贴壁混凝土内力的影响。结果表明,增加贴壁混凝土板高度导致：（1）岩锚梁受拉锚杆、受压锚杆拉应力降低,岩台面附近受拉锚杆拉应力增加；（2）岩锚梁压应力降低,第一主拉应力和纵向正拉应力降低,第二主拉应力、第三主拉应力增加；（3）竖向向上隆起变形以及水平向向上游方向的变形减小,贴壁混凝土板高度的增加使得岩锚梁各处变形更为均匀；（4）贴壁板下端局部区域拉应力急剧增加,最大主拉应力和纵向拉应值大于混凝土抗拉强度标准值,可以通过配置钢筋承担拉应力。

关键词：
Midas GTX NX
岩锚梁
施工安全
水利枢纽工程
预应力锚索
加入收藏

1、引言

岩锚梁主要应用于大型水利枢纽工程地下厂房中机电设备的安装、维修等,其支护结构主要有锚杆、预应力锚索以及贴壁板组成。对岩锚梁内力及变形进行分析对保障施工安全具有重要意义。

众多研究者就岩锚梁结构的稳定性进行了分析计算,并得出了一系列有价值的结论。以乌弄龙水电站为例,字政明[1]等就岩梁施作中的施工新方法及新工艺进行阐述,为后续工程提供了宝贵的经验。朱冬冬等[2]采用FLAC 3D软件中的界面单元模拟岩锚梁与岩壁接触面,分别就接触面完好与接触面开裂两种工况下岩锚梁开挖及运行期间的稳定进行了分析。邓声君等[3]以马马崖水电站为例,利用有限元法对岩锚梁系统的应力状态进行了分析,采用超载法和强度折减法研究了岩壁吊车梁的安全裕度。汤艳春等[4]基于白鹤滩水电站,讨论了不同地质强度指标取值对岩锚梁稳定性计算结果的影响。吕凤英[5]等依托丰宁抽水蓄能电站,对一、二期厂房岩锚梁14个监测断面的边墙应变和沉降进行分析,得出各监测点的应变变化趋势和岩锚梁相对沉降量的变化范围。甘孝清[6]分析了桥机多种加载条件下,岩锚梁承拉和承压锚杆应力、梁体与围岩接触变形以及梁体位移的变化情况。邱勇等[7]研究了一般情况和超载情况下,岩锚梁锚杆不同的黏结长度对锚杆轴力的影响。李培丰[8]就高地应力条件下岩锚梁爆破开挖过程的稳定性进行了分析,确定了最佳爆破施工方法和衬砌支护时机。韩晓卉等[9]利用刚体极限平衡法和3DEC离散元分析法,探讨了岩体蚀变影响区内岩锚梁的加强方案以及稳定特征。石广斌等[10]用DDA非连续变形法分析了地下厂房岩锚梁的稳定性,给出了不同条件下梁体的安全系数,并将DDA分析结果与刚体极限平衡法分析结果进行对比分析,探讨了两者计算结果存在差异的原因。

众多研究者对岩锚梁结构的稳定性进行了分析计算,并得出了一系列有价值的结论。本文依托金川水电站,利用Midas GTX NX有限元软件,计算贴壁混凝土板高度对岩锚梁锚杆轴力、岩锚梁应力、应变以及贴壁混凝土内力的影响。

2、工程概况与模型建立

2.1 工程概况

金川水电站位于四川省阿坝藏族羌族自治州金川县境内的大渡河上游河段,坝址距下游金川县城约13 km,是审定的《四川省大渡河干流水电规划调整报告》中的第6个梯级电站,上游与双江口水电站相衔接,下游为安宁水电站。工程场址位于大渡河右岸支流新扎沟汇合口以上长约1 km的河段上。金川水电站采用坝式开发,开发任务以发电为主、对上游双江口水电站反调节。水库正常蓄水位2253 m,水库长度32.9 km,正常蓄水位以下库容4.8775亿m3,为日调节水库。装机容量为900 MW,安装4台单机容量225 MW的混流式水轮发电机组。

金川水电站属二等大（2）型工程,挡水、泄水、输水及发电等永久性主要建筑物为2级建筑物,永久性次要建筑物为3级建筑物。但因挡水建筑物为混凝土面板堆石坝,坝高超过100 m,混凝土面板堆石坝、溢洪道闸室段等壅水建筑物提高一级按1级建筑物设计,其他泄洪建筑物、输水及发电建筑物为2级建筑物,下游消能防冲等永久性次要建筑物为3级建筑物。

2.2 岩壁吊车梁支护方案

岩壁吊车梁上部设置两排HRB500,D32受拉钢筋,L=12 m,入岩10 m,间距75 cm（Ⅱ、Ⅲ类围岩）/间距65 cm(Ⅳ类围岩）,两排受拉钢筋岩面部位排距0.5 m,靠岩石侧2 m范围内涂抹沥青包裹塑料布,靠梁体侧0.1 m范围内涂抹沥青包裹塑料布。

岩壁吊车梁底部设置一排HRB400,C32受压钢筋,L=9 m,入岩7.7 m,间距75 cm（Ⅱ、Ⅲ类围岩）/间距65 cm（Ⅳ类围岩）。吊车梁伸缩缝两侧设置HRB500,D32加强抗剪锚筋,L=6 m,入岩5.0 m。

2.3 模型建立

采用Midas GTX NX有限元计算软件建立模型,围岩、岩锚梁及混凝土回填单元采用三维实体单元模拟,喷射混凝土衬砌采用二维板单元模拟,锚杆及预应力锚索采用植入式杆单元模拟。模型单元总数为23.8万,节点总数为24.4万。模型的各项物理力学参数取值见表1,计算方案见表2。

表1 模型物理力学参数取值

表2 计算工况

3、试验成果与分析

3.1 岩锚梁受拉锚杆应力

锚杆应力计算结果见图1～图3,应力极值见表3。增加贴壁混凝土板高度,岩锚梁受拉锚杆拉应力有所降低,最大幅度为15.75 MPa,降低百分率为5.8%；岩台面附近受拉锚杆的轴向拉应力增加,最大增幅为17.85 MPa,百分率为35.6%。岩锚梁受压锚杆轴向拉应力初值较小,但降低幅度比较明显,最大降低幅度和43.32 MPa,降低百分率为57.1%。但由于其初始受力值较小,因此,不增加贴壁混凝土板高度,锚杆稳定性也满足要求。

表3 岩锚梁锚杆轴向应力极值

图1 洞室开挖结束后岩锚梁受拉锚杆轴向应力

图2 洞室开挖结束后岩锚梁与围岩接触处受拉锚杆轴向应力

图3 洞室开挖结束后岩锚梁受压锚杆轴向应力

3.2 岩锚梁结构应力

岩锚梁结构应力计算结果见图4～图7,应力极值见表4。

表4 岩锚梁应力极值

图4 洞室开挖结束后岩锚梁结构第1主应力

图5 洞室开挖结束后岩锚梁结构第2主应力

图6 洞室开挖结束后岩锚梁结构第3主应力

图7 洞室开挖结束后岩锚梁结构纵向正应力

增加贴壁混凝土板前后,岩锚梁混凝土结构受力均满足要求。增加贴壁混凝土板高度,岩锚梁压应力降低,最大降低1.01 MPa。而拉应力呈现不同的变化规律,第一主拉应力和纵向正拉应力降低,最大降低幅度为0.34 MPa,降低33.7%；第二主拉应力、第三主拉应力增加,最大增加幅度为0.16 MPa,增加幅度为59%。

3.3 岩锚梁结构变形

岩锚梁结构变形见图8、图9,变形极值见表5。增加贴壁混凝土板高度,主要影响竖向向上隆起变形以及水平向向上游方向的变形,岩锚梁竖向变形极小值增加而极大值降低。可以说,贴壁混凝土板高度的增加使得岩锚梁各处变形更为均匀,增加贴壁混凝土板高度后,竖向变形差值由7 mm减小为6.07 mm,水平向变形差值由72.69 mm减小为71.15 mm。

表5 岩锚梁变形极值

图8 洞室开挖结束后岩锚梁结构竖向变形

图9 洞室开挖结束后岩锚梁结构水平向变形

3.4 岩锚梁下部贴壁板结构应力

岩锚梁下部贴壁板结构应力见图10～图13,应力极值见表6。岩锚梁下部贴壁板向下部延伸,其下端局部区域拉应力急剧增加,最大主拉应力和纵向拉应值均明显大于混凝土抗拉强度标准值2.01 MPa,可以通过配置钢筋承担拉应力。压应力最大值为8.0 MPa,小于混凝土抗压强度标准值20.1 MPa,也同样小于设计值14.3 MPa。

表6 岩锚梁下部贴壁板应力极值

单位：MPa

图1 0 洞室开挖结束后贴壁板结构第1主应力

图1 1 洞室开挖结束后贴壁板结构第2主应力

图1 2 洞室开挖结束后贴壁板结构第3主应力

图1 3 洞室开挖结束后岩锚梁结构纵向正应力

4、结论

以金川水电站为工程背景,利用Midas GTX NX数值计算软件,研究了贴壁混凝土板高度对岩锚梁锚杆轴力、岩锚梁应力、应变以及贴壁混凝土内力的影响。得出以下结论：

1）增加贴壁混凝土板高度,岩锚梁受拉锚杆拉应力降低,岩台面附近受拉锚杆拉应力增加,受压锚杆轴向拉应力降低。

2）增加贴壁混凝土板高度,岩锚梁压应力降低,第一主拉应力和纵向正拉应力降低,第二主拉应力、第三主拉应力增加。

3）增加贴壁混凝土板高度,竖向向上隆起变形以及水平向向上游方向的变形减小,贴壁混凝土板高度的增加使得岩锚梁各处变形更为均匀,增加贴壁混凝土板高度后,竖向变形差值由7 mm减小为6.07 mm,水平向变形差值由72.69 mm减小为71.15 mm。

4）贴壁板高度的增加导致其下端局部区域拉应力急剧增加,最大主拉应力和纵向拉应值大于混凝土抗拉强度标准值,可以通过配置钢筋承担拉应力。