摘要：壓力隧洞襯砌水力開裂的隨機(jī)性威脅深埋壓力隧洞的安全運(yùn)行。為準(zhǔn)確模擬內(nèi)水壓作用下壓力隧洞襯砌的隨機(jī)水力劈裂過程,將混凝土襯砌視為兩相介質(zhì),借助商業(yè)軟件ABAQUS與MATLAB,結(jié)合用戶材料子程序二次開發(fā),基于黏結(jié)單元力學(xué)參數(shù)的隨機(jī)賦值理論,建立壓力隧洞襯砌內(nèi)水外滲下的隨機(jī)水力劈裂模型。首先,借助ABAQUS用戶材料子程序二次開發(fā),改進(jìn)傳統(tǒng)孔壓黏結(jié)單元本構(gòu)關(guān)系;利用改進(jìn)的孔壓黏結(jié)單元模擬襯砌中的初始缺陷等弱相,采用Weibull分布描述弱相力學(xué)參數(shù)的隨機(jī)性;利用實(shí)體孔壓單元模擬襯砌強(qiáng)相,強(qiáng)相材料參數(shù)取混凝土力學(xué)參數(shù)均值;內(nèi)水壓力按體力施加,建立壓力隧洞襯砌滲流應(yīng)力劈裂耦合分析模型;利用MAT-LAB對模型前處理與后處理。以某大型物理模型試驗(yàn)為例,采用本文模型進(jìn)行壓力隧洞襯砌的水力劈裂全過程模擬。結(jié)果表明:壓力隧洞襯砌在高內(nèi)水壓下,不可避免發(fā)生開裂,出現(xiàn)內(nèi)水外滲;襯砌裂縫分布稀疏,具有一定隨機(jī)性;襯砌開裂部位鋼筋應(yīng)力先增長后回縮,與內(nèi)水壓力關(guān)系密切,內(nèi)水外滲改善襯砌受力狀況;提出的模型較好地模擬了壓力隧洞襯砌在內(nèi)水壓作用下的隨機(jī)水力劈裂特征、裂縫分布,且鋼筋應(yīng)力計(jì)算結(jié)果與模型試驗(yàn)實(shí)測結(jié)果吻合較好,為壓力隧洞襯砌水力劈裂分析提供了一種可靠的方法。
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