基于水荷载增量过程的深埋高外水水工隧洞混凝土衬砌受力特性研究

摘要

排水孔是深埋水工隧洞中不可或缺的降压措施之一，但设置排水孔后衬砌的力学响应尚不明确.为解决这一问题，建立了围岩-衬砌三维有限元模型，采用渗流-应力间接耦合方法系统地研究了设置排水孔后衬砌在外水压力作用下的接触特征及受力性能，对比衬砌施作时机带来的差异，分析了排水孔布置参数对衬砌受力的影响.结果表明：当衬砌施作时间与隧洞开挖完成时间相隔很短时，不需要考虑水荷载作用历史及增量效应，此时衬砌与围岩之间处于完全紧密贴合的状态，衬砌需要同时承受接触压力、外水压力和重力；当衬砌施作时间与隧洞开挖完成时间相隔较长时，必须考虑水荷载增量效应，此时衬砌与围岩仅在洞底位置存在小范围的接触，衬砌受力特征主要受孔隙水压力控制；排水孔环向间距越小，深度越大，排距越小，考虑水荷载增量效应时的衬砌最大环向应力则越低，而未考虑水荷载增量效应时的衬砌最大环向应力无法无限地降低.

关键词

水工隧洞 / 混凝土衬砌 / 高外水压力 / 排水孔 / 受力特性