深厚砂卵礫石覆蓋層中大尺寸調(diào)壓井沉井應(yīng)力變形數(shù)值模擬分析.pdf

1、把不同斷面形狀的井筒，按邊排土邊下沉的方式使其沉入地下，即為沉井。隨著鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，以及現(xiàn)代施工技術(shù)和施工機(jī)械的不斷革新，沉井已逐步發(fā)展成為各類土層內(nèi)，各種深埋地下構(gòu)筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一種常用型式。然而巖土工程的復(fù)雜性和大型沉井結(jié)構(gòu)施工過(guò)程的動(dòng)態(tài)不確定性以及非決定性時(shí)變系統(tǒng)特點(diǎn)，使得沉井下沉施工時(shí)的結(jié)構(gòu)安全問(wèn)題備受關(guān)注。
　　 本文結(jié)合一布置在深厚砂卵礫石覆蓋層中的大尺寸調(diào)壓井沉井開展研究。由于前期勘察對(duì)砂卵礫石覆蓋層厚度判

2、斷有誤，在該沉井下沉至原有設(shè)計(jì)深度36m時(shí)發(fā)現(xiàn)下部砂卵礫石層還有29m之厚。在這種情況下，對(duì)該沉井繼續(xù)下沉進(jìn)行科學(xué)合理的分析無(wú)疑是非常重要的。本文借助ANSYS大型通用有限元軟件，建立調(diào)壓井沉井三維有限元模型，重點(diǎn)對(duì)沉井繼續(xù)下沉施工以及下沉過(guò)程中的脫空現(xiàn)象進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。最后對(duì)調(diào)壓井下部混凝土滑模施工、阻抗孔開挖以及調(diào)壓井運(yùn)行期進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。具體工作分為以下幾個(gè)部分：
　　 (1)建立調(diào)壓井沉井三維有限元計(jì)算模型，通過(guò)

3、不斷變換沉井井壁和刃腳深度的方法模擬沉井下沉的施工過(guò)程。重點(diǎn)對(duì)沉井下沉至不同深度時(shí)的沉井井壁和刃腳的應(yīng)力、位移分布以及最大值進(jìn)行分析。同時(shí)以彈性力學(xué)厚壁圓筒理論方法，求解沉井下沉至不同深度時(shí)的應(yīng)力、應(yīng)變解析解。最后由數(shù)值解和解析解綜合分析得出沉井繼續(xù)下沉施工能夠滿足混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度。
　　 (2)沉井下沉過(guò)程中會(huì)存在突沉、難沉等問(wèn)題。因而針對(duì)與井壁四周摩擦力緊密相關(guān)的土層摩擦系數(shù)進(jìn)行敏感性分析。以研究土層摩擦系數(shù)對(duì)沉井下沉施工過(guò)程

4、中的應(yīng)力、變形影響。通過(guò)增大、減小土層摩擦系數(shù)進(jìn)行計(jì)算發(fā)現(xiàn)，該工程中土層摩擦系數(shù)對(duì)沉井的應(yīng)力、變形影響較小。
　　 (3)由于條件限制而采用傳統(tǒng)自沉工法施工時(shí)，下沉垂直度難以控制，易發(fā)生脫空，安全控制難度很大。而沉井脫空一般伴生有傾斜現(xiàn)象，產(chǎn)生過(guò)大的傾斜，必然導(dǎo)致一側(cè)土壓力的急劇增大，甚至需要克服井壁側(cè)面的被動(dòng)土壓力來(lái)糾偏，最后導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。針對(duì)這一問(wèn)題，通過(guò)模擬沉井不同方位脫空和不同深度脫空來(lái)研究沉井下沉至不同深度時(shí)脫空后

5、的應(yīng)力、變形狀態(tài)。由計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著施工深度的增加，沉井自重增大，側(cè)壁土壓力增大，沉井受力狀態(tài)愈復(fù)雜，脫空對(duì)沉井的受力狀態(tài)、位移變形影響愈明顯。特別是施工至第八節(jié)以后，脫空效應(yīng)明顯，拉應(yīng)力最大值趨于混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度極限，對(duì)沉井安全威脅越大。
　　 (4)沉井下部調(diào)壓井系統(tǒng)的開挖和襯砌施工對(duì)圍巖壓力有著直接的影響，進(jìn)而影響沉井的受力狀態(tài)。故對(duì)調(diào)壓井下部滑?，F(xiàn)澆混凝土、阻抗孔、引水隧洞施工期進(jìn)行數(shù)值模擬。研究沉井的受力狀態(tài)可知，沉井

6、下部調(diào)壓井洞室系統(tǒng)的開挖和襯砌施工對(duì)沉井結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、變形影響有限，整個(gè)施工過(guò)程中沉井結(jié)構(gòu)安全。并且調(diào)壓井下部調(diào)壓井系統(tǒng)的襯砌本身能夠滿足混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度。
　　 (5)通過(guò)改變井壁內(nèi)、外水壓力的大小來(lái)模擬調(diào)壓井運(yùn)行期和檢修期不同水頭高程下的運(yùn)行工況。對(duì)比分析不同水頭下調(diào)壓井的應(yīng)力、變形可知，該調(diào)壓井在運(yùn)行期和檢修期是安全的。
　　 (6)通過(guò)對(duì)計(jì)算模型施加水平方向加速度的方法，對(duì)調(diào)壓井進(jìn)行擬靜力分析。以此來(lái)研究調(diào)壓井系統(tǒng)在