大尺寸水工隧洞衬砌物理模型试验系统研制与应用

凌永玉，刘立鹏，汪小刚，傅睿智，孙兴松

（中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 100038）

1 研究背景

水工隧洞是大型水利水电工程的重要组成部分，其安全性关系整个工程的成败。衬砌作为水工隧洞的最终支护方式，考虑主要赋存环境的结构型式选择、针对多变荷载因素的参数设计合理性等对于衬砌稳定安全尤为重要。此外，开挖建设过程中岩体荷载变化、充水期隧洞内水作用、长期运行时围岩蠕变荷载、外水压力以及岩体地温与隧洞过水温度荷载等，均对衬砌的稳定安全产生一定的影响。对于这些复杂的问题，一方面要借助理论分析［1-2］、计算机模拟仿真进行研究［3-4］；另一方面，则需要借助大型物理模型试验的手段来解决［5］。目前，国内外已经建造并开展试验的隧洞（道）物理模型试验系统多集中于研究分析地下洞室开挖过程中灾害模拟、围岩稳定、支护安全以及围岩与支护协同作用的影响等方面。苏海健［6］、李浪等［7］、张庆松等［8］和李术才等［9］研制了深长隧道突水突泥灾害演化模型试验系统，研究隧洞建造过程中突水突泥灾害；陈陆望［10］、张强勇等［11］、姜耀东等［12］和杨立云等［13］研制了深部巷道建设模型试验系统，研究深埋地下隧洞建设期围岩稳定性；朱合华等［14］和齐春等［15］等研制了盾构开挖模型试验系统，研究盾构开挖泥膜形成及土压平衡过程等，此外还有为了其他研究目的所设计研制的物理模型试验系统［16-18］。……