Гранично-элементный подход к расчету напорных гидротехнических туннелей без обделки

• Автор: Боев, Юрий Анатольевич
• Шифр специальности: 05.23.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 125 с. : ил.

Содержание
Введение

1. Состояние вопроса и задачи исследований

1.1. Общие сведения о гидротехнических туннелях и параметрах их проектирования

1.2. Нагрузки и воздействия на напорные гидротехнические туннели без обделки

1.3. Методы расчета туннелей без обделки

1.4. Заключение по разделу

2. Применение метода граничных элементов к расчету гидротехнических туннелей

2.1. Задача Кельвина для плоской деформации

2.2. Постоянные усилия вдоль отрезка

2.3. Численная процедура

2.4. Преобразование координат
2.5. Коэффициенты влияния
2.6. Собственные влияния элемента диагональные члены в матрице граничных коэффициентов влияния
2.7. Вычисление тангенциальных напряжений вдоль границы
2.8. Внешняя задача для гидротехнического туннеля
2.9. Условия симметрии 23аключение по разделу
3. Моделирование на ЭВМ напряженного состояния напорных гидротехнических туннелей методом фиктивных нагрузок
3.1. Описание вычислительной программы
3.1.1. Структура программы
3.1.2. Описание граничных контуров
3.1.3. Симметрия
3 3.1.4. Единицы измерения
3.2. Расчетные схемы
3.3. Параметрический анализ напряженного состояния
напорных гидротехнических туннелей без обделки
от единичных нагрузок
3.3.1. Собственный вес грунта и сейсмическое воздействие
продольной волны
3.3.2. Сейсмическое воздействие поперечной волны
3.3.3. Собственный вес воды
3.3.4. Внутренний напор воды
3.4. Заключение по разделу 3
Определение рациональной формы поперечного сечения
и предельной глубины заложения напорных гидротехнических
туннелей без обделки
4.1. Собственный вес грунта
4.2. Внутреннее давление воды в туннеле
4.2.1. Собственный вес
4.2.2. Внутренний напор
4.3. Сейсмические воздействия
4.3.1. Продольная волна
4.3.2. Поперечная волна
4.3.3. Давление воды
4.4. Сочетания нагрузок и воздействий
4.4.1. Сейсмически неактивный район
4.4.2. Сейсмически активный район
4.5. Заключение по разделу 4
Заключение
Список использованной литературы


Разработанная методика расчета дает возможность достаточно надежно и научно-обоснованно определять статическое и квазистатичсское напряженное состояние вблизи напорных гидротехнических туннелей без обделки. Составленная на ее основе программа для ЭВМ проста в эксплуатации и учитывает разнообразные факторы, встречающиеся при проектировании напорных гидротехнических туннелей без обделки: форму и размеры поперечного сечения, тип грунта, глубину заложения, вид нагрузок и воздействий для сейсмически неактивных и активных районов. Определены предельные глубины заложения напорных гидротехнических туннелей без обделки. Реализация работы. Разработанная методика, программа и таблицы могут быть внедрены в практику проектирования и эксплуатации подземных ГТС, а результаты диссертации - в учебный курс «Гидротехнические сооружения». Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях МГУП и кафедре теории сооружений и строительной механики. Публикации. По материалам диссертации опубликованы четыре печатные работы. Структура и объем диссертации. Подземные гидротехнические сооружения широко распространены и являются одними из самых сложных и трудоемких типов сооружений, входящих в состав гидроузлов, мелиоративных систем и систем водоснабжения. Вместе с тем, высокая ответственность конструкций гидротехнических сооружений предъявляет к ним повышенные требования в части достоверности расчетов прочности и безопасности согласно требованиям Закона РФ «О безопасности гидротехнических сооружений» []. Гидротехнические туннели в зависимости от режима работы подразделяются на: напорные, работающие при избыточном внутреннем давлении воды, и безнапорные, работающие при частичном наполнении водой (, ]. При этом допускается переменный режим работы при обеспечении постепенного перехода из безнапорного режима в напорный и обратно. По глубине заложения от дневной поверхности туннели различают: мелкого заложения - до 0 м, среднего - до 0 м и глубокого - более 0 м. Конструктивно гидротехнические туннели могут возводиться с обделкой или без нее, при проходке в слаботрещиноватых скальных неразмываемых фунтах. МПа. Применение туннелей без обделки позволяет на - % снизить стоимость и на - % сократить сроки их строительства []. Примерами строительства и эксплуатации гидротехнических туннелей без обделки являются: подводящий и отводящий туннели Борисоглебской ГЭС, строительные туннели Верхнс-Туломской, Хантайской, Атбашинской ГЭС [] и другие. Вместе с тем в существующих нормах отсутствуют конкретные указания по глубине заложения напорных туннелей без обделки в зависимости от коэффициента крепости грунта. Форму поперечного сечения туннеля принимают в зависимости от способа производства работ при его проходке, от гидравлических и статических условий с учетом инженерно-геологических, строительных и эксплуатационных, а также гидрологических условий. Верхней части поперечного сечения туннеля обычно придают сводчатое очертание, приближающееся к кривой давления от действующих нагрузок. Боковые стены имеют прямолинейное или слегка выпуклое в сторону горного массива очертание. В результате получают подковообразный профиль, широко применяемый в туннельной практике (рис. Нижняя часть туннеля имеет вид плоского лотка или обратного свода. Ее форму проектируют с учетом величины и направления сил горного давления. При больших величинах этих сил, направленных с боков и снизу, всегда применяют обратный свод, а при незначительном боковом давлении и отсутствии давления снизу - незамкнутый профиль. Форма туннеля в виде круговой выработки представляет конструктивные и производственные преимущества для щитовой проходки и обеспечивает наиболее выгодные условия статической работы при всестороннем давлении фунта. Рис. Туннелям мелкого заложения придают либо прямоугольную форму поперечного сечения с плоским или сводчатым перекрытием (рис. В напорных туннелях принимают поперечное сечение кругового очертания. В устойчивых скальных слаботрещиноватых грунтах допускается также принимать некруговое очертание (рис.