壓力隧洞裂縫混凝土襯砌和圍巖的接觸條件

彭守拙,鐘建文

(清華大學水利水電工程系,北京 100084)

壓力隧洞裂縫混凝土襯砌和圍巖的接觸條件

彭守拙,鐘建文

(清華大學水利水電工程系,北京 100084)

提出裂縫襯砌和圍巖之間接觸應力 σr(ra)的表達式,并通過算例分析它的特性,結果表明,σr(ra)隨襯砌與圍巖接觸面(r=ra)處的滲透壓力pa的增大由壓變拉,但 σr(ra)+pa卻變化不大。提出一定條件下襯砌脫開圍巖獨立工作的判別式,該式若滿足,襯砌將脫開圍巖獨立工作,鋼筋應力和裂縫寬度將大幅度減小。算例計算結果表明,若襯砌和圍巖之間的黏結強度較小,裂縫襯砌很容易脫開圍巖獨立工作。

水工壓力隧洞;裂縫襯砌;圍巖;接觸應力;接觸條件

在圓形斷面水工壓力隧洞的設計中,確定鋼筋混凝土襯砌和圍巖接觸應力的通用辦法是借助彈性抗力系數的概念進行分析計算[1],該方法的優點是簡單易行、操作方便。近年來,圓形斷面壓力隧洞襯砌和圍巖接觸應力研究的一個進展是把混凝土作為均勻多孔彈性介質,考慮混凝土的滲透性,利用解析法分析襯砌和圍巖的相對彈性模量Ec/Er、相對透水性系數kc/kr對接觸應力的影響[2-3]。

文獻[4]把裂縫混凝土襯砌視為由無筋裂縫介質組成的厚壁圓筒,其內部滲水壓力按線性衰減,給出了接觸應力的表達式,其襯砌剛度取決于混凝土彈性模量Ec和襯砌厚度,與鋼筋無關,得到了“一經開裂馬上脫開”的結論。

混凝土的抗拉強度很低,在高內水壓作用下應考慮裂縫貫穿的情況,這時鋼筋混凝土不再是多孔微透水介質而成為強透水的以鋼筋加強的具有貫穿性裂隙的介質,其透水性和剛度發生了很大的變化,它們都會對襯砌和圍巖之間的接觸應力產生根本性的影響。……