输水隧洞衬砌拱顶空洞缺陷动力响应数值研究

齐 坤

(辽宁观音阁水力发电有限责任公司,辽宁 本溪 117100)

1 工程背景

大风口水库位于辽宁省绥中县前卫镇境内的石河中上游，坝址以上河长38.7 km，集雨面积251 km2，为大(2)型水利枢纽工程。水库按照100年一遇洪水标准设计，5000年一遇洪水标准校核，设计洪水位113.66 m，校核洪水位119.48 m。水库的主要建筑物为大坝、溢洪道、输水洞。为了解决绥中电厂的供水问题，需要新建一条输水洞。经过选址比对，拟建的输水洞位于大坝右侧，与原输水洞平行布置。输水隧洞主要由进口明渠、竖井、洞身段、明管段以及出口压力箱构成，全长约255 m。其中，洞身段为马蹄型有压隧洞。

2 有限元计算模型

2.1 有限元模型的构建

本文研究以大风口水库新建输水隧洞洞身段D4标段为工程背景进行有限元计算模型的构建，利用FLAC有限元软件对该洞段隧洞拱顶空洞缺陷衬砌结构在地震荷载下的动力响应特征进行数值模拟计算[1]。该洞段采用全断面开挖支护的施工方式，该段隧洞为马蹄型断面，断面尺寸为4.2 m×4.0 m，衬砌混凝土的强度为C30。由于研究洞段周围的地层结构相对比较单一，因此研究中假定隧道沿轴线方向的岩土体性质变化不大，因此可以将研究的问题简化为平面应变问题，故采用平面应变法进行计算[2]。鉴于模型的边界条件会对计算结果产生比较显著的影响，为了减小这一影响，同时照顾模型计算的便捷性，结合相关研究理论和实际工程经验，模型的左右边界取洞径的9倍，最终确定模型的计算区域为长宽均为50 m[3]。……