©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net水利水电技术第39卷2008年第1期WaterResourcesandHydropowerEngineeringVol139No11有限元强度折减法在导流隧洞堵头稳定性分析中的应用苏凯1,伍鹤皋1,向功兴1,杨静安2,李杰3(11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;21中国水电顾问集团西北勘测设计研究院,陕西西安710065;31新疆维吾尔自治区地震局,新疆乌鲁木齐830011)摘要:在总结国内外导流隧洞封堵设计一般原则的基础上,对堵头稳定性校核的两种常用数值计算方法进行了探讨分析,引入了材料强度折减法概念,根据弹塑性有限元数值分析结果,建议采用等效塑性应变作为潜在滑动面破坏的判断标准,并根据塑性区的范围和连通情况对堵头的稳定性进行综合评价。关键词:导流隧洞堵头;稳定;安全系数;有限元强度折减法中图分类号:TV551112文献标识码:A文章编号:100020860(2008)0120043204ApplicationofstrengthreductionFEMtostabilityanalysisofdiversiontunnelplugSUKai1,WUHe2gao1,XIANGGong2xing1,YANGJing2an2,LIJie3(11StateKeyLaboratoryofWaterResourcesandHydropowerEngineeringScience,WuhanUniversity,Wuhan430072,Hubei,China;21NorthwestInvestigationDesign&ResearchInstitute,ChineseHydroelectricEngineeringConsultantCompany,Xi’an710065,Shaanxi,China;31EarthquakeAdministrationofXinjiangUygurAutonomousRegion,Βrümchi830011,Xinjiang,China)Abstract:Onthebasisofthesummarizationofthebasicprinciplesfordesignthetunnelplugathomeandabroad,twonormalnumericanalysismethodsforcheckoftheplugstabilityareanalyzedanddiscussedherein,andthenthestrengthreductionFEMisintroducedtosuggestthattheequivalentplasticstraincanbetakenasthecriteriatoestimatethefailureofthepotentialslidingsurfaceonthebasisofthenumericalanalysisofelastoplasticfiniteelement,furthermore,acomprehensiveevaluationismadeontheplugstabilityinaccordancewiththeareaofplasticzoneandtheconnectivityaswell1Keywords:diversiontunnelplug;stability;safetyfactor;strengthreductionFEM收稿日期:2007206227作者简介:苏凯(1977—),男,讲师,博士。1引言水电工程的施工导流洞在履行完施工导流的功能后,需要在水库蓄水前用混凝土堵头进行永久性封堵。导流隧洞堵头作为永久建筑物,与大坝具有同样的安全等级,因此要求堵头安全可靠,稳定性和防渗性好,条件允许时应与大坝防渗帷幕形成整体[1～3]。与大坝相比,虽然封堵堵头的工程量一般不大,但作为水库蓄水的主要控制条件之一,其工期要求比较紧迫。封堵工作是否能够顺利、及时的完成,对整个工程的后期进度有着极其重要的意义。但是,封堵堵头作为永久性建筑物,在以往的设计规范中都没有明确的规定,国内外已建工程也没有统一的设计标准可循,通常解析计算过程中假定水压力是作用在堵头上的惟一荷载,实际存在的地应力、灌浆残余应力以及围岩高低不平形成的嵌固抗剪力均作为额外的安全储备,不参与计算。本文基于以上基本设计原则,对堵头的稳定性计算方法进行了总结分析,着重讨论了基于有限元数值分析的稳定性校核分析方法,并在此基础上引入了材料强度折减法概念,与弹塑性有限元数值分析及结果34©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net苏凯,等∥有限元强度折减法在导流隧洞堵头稳定性分析中的应用水利水电技术第39卷2008年第1期的计算机实时显示技术相结合,建议采用潜在滑动面上的等效塑性应变作为堵头失稳的评判标准,根据塑性区的范围和连通情况对堵头的稳定性进行综合评价。2堵头稳定性计算方法堵头设计的最重要内容是确定堵头的体型和长度。通常在确定堵头长度时,有以下几种方法:按照导流洞直径倍数确定堵头长度;按照封堵水头大小确定堵头长度;按照封堵水头与堵头直径的乘积大小确定堵头长度;按照圆柱面抗冲剪理论或修正的圆柱面抗冲剪理论,根据允许剪应力的大小确定堵头长度等。在确定了堵头的初设长度之后...
