引黄工程高压出水岔管钢筋混凝土衬砌计算-岩石力学与工程学报.PDF

第21 卷 第2 期 岩石力学与工程学报 21(2) ：242～246 2002 年2 月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Feb .，2002 引黄工程高压出水岔管钢筋混凝土衬砌计算 1 1 2 1 陈卫忠 朱维申 杨海燕 邱祥波 (1 中国科学院武汉岩土力学研究所LRSM 开放实验室 武汉 430071) (2 水利部天津水利水电勘测设计研究院 天津 300222) 摘要 为验证和分析山西省万家寨引黄入晋工程总干一、二级泵站高压出水岔管钢筋混凝土衬砌的合理性，应用 三维有限元数值方法，得到了钢筋混凝土衬砌内的应力分布规律。在此基础上，提出了对现有的钢筋混凝土衬砌 体型优化的方案及相应的配筋率参数，以满足岔管对钢筋混凝土衬砌裂缝限裂宽度及工程长期稳定运行的需要。 关键词 有限元，钢筋混凝土，衬砌，裂缝宽度，配筋率 分类号 O 242.21 ，TV 332，TV 554+ .14 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2002)02-0242-05 约为452 km ，总干线西起黄河万家寨水库，东至偏 1 引 言 关县下土寨，长为 44.4 km 。总干线一、二级地下 泵站各装机10 台，单机容量为1.2 4 ×10 kW ，设计 高压出水岔管是大型抽水蓄能电站和引水工程 扬程均为 140 m，高压出水岔管采用钢筋混凝土衬 的重要组成部分。在挪威、英、美等国，有许多计 砌。该地区分布有寒武纪张夏组至奥陶系亮甲山组 算钢筋混凝土衬砌适应性的经验公式，如挪威经验 共有 15 个岩组，其岩性为灰岩、鲕状灰岩、泥灰岩、 公式、澳大利亚的雪山公式等。其理论依据是：对 白云岩、白云质灰岩和页岩，按岩层厚度划分为厚 于地质条件好或较好的情况，当岩体中存在足够大 层、中厚层及薄层、地层产状平缓、走向北东，倾 的初始地应力时，可以防止围岩在内水压力作用下 向北西，倾角2 °～5 °。地层中有二组构造裂隙，一 发生水力劈裂破坏而产生大的渗漏现象。经验理论 组走向NW280 °～290 °，另一组走向NE5 °～10°， 笼统地认为：在内水压力作用下，钢筋混凝土衬砌 倾角均大于 75 °，按岩体结构分类，多属完整层状 一旦开裂后，衬砌就成为完全的透水结构，并丧失 岩体。一级泵站埋深为150 m，主要位于寒武纪张 承载能力，仅起减糙作用。工程实践表明，当钢筋 夏组∈ 5 6 Z ，顶部有寒武纪张夏组∈Z ；二级泵站埋 2 2 混凝土衬砌裂缝的宽度控制在 0.2 mm 以下时，微 深为 140 m，主要位于寒武纪风山组∈f 1，∈f 2 ， 3 3 裂缝并不影响钢筋混凝土结构的正常使用。因此， ∈f 3 组灰岩及薄层灰岩中，区域性地下水低于岔管