穿黄隧洞纵向变形三维有限元分析

长江科学院院报 ›› 2010, Vol. 27 ›› Issue (7): 60-64.

穿黄隧洞纵向变形三维有限元分析

谢小玲_^1,2, 苏海东_^1,2, 林绍忠_^1,3

1. 水利部水工程安全与病害防治工程技术研究中心 , 武汉 430010 ； 2. 长江科学院材料与结构研究所 , 武汉 430010 ； 3. 长江科学院非连续变形分析实验室，武汉 4300

出版日期:2010-07-01 发布日期:2010-07-01

Analysis on Longitudinal Deformation of Tunnel Crossed Yellow River by 3-D Finite Element

XIE Xiao-ling_^1,2, SU Hai-dong_^1,2, LIN Shao-zhong_^1,3

1.Research Center on Water Engineering Safety and Disaster Prevention of Minist ry of Water Resources, Wuhan 430010, China ； 2.Dept. of Material and Structure, Yangtze River Scientific Research Institute, Wuhan 430010, China ； 3. DDA Center of Yangtze River Scientific Research Institute, Wuhan 430010, China

Published:2010-07-01 Online:2010-07-01

摘要/Abstract

摘要： 穿黄隧洞深埋于河床摆幅大、冲淤变化剧烈的黄河河道，地处 7 度地震区，是一个由数百个环拼装联结的非连续变形柔性结构。河床冲淤变化以及地震荷载对隧洞纵向变形以及纵向变形缝的影响问题，是隧洞方案是否可行的关键技术问题之一。为此，采用自编的考虑接触的三维非线性有限元分析程序，计算隧洞结构纵向变形、变形缝张开度、错动位移等。针对隧洞模型计算范围大，接触面多等特点，通过采取多项措施控制计算规模，保证计算精度，结合程序的方程组快速求解方法，解决了穿黄隧洞纵向变形这一技术难题。计算结果表明，在最不利荷载组合作用下，隧洞变形缝的张开度、错动位移和相应跨缝螺栓应力以及混凝土应力均在设计控制的范围内，满足设计要求。

关键词: 穿黄隧洞 , , 纵向变形 , , 接触非线性 , , 三维有限元

Abstract: The Yellow River tunnel, located at 7 degree seismic region, is deeply buried in the reach where the swing of the riverbed is larger and siltation-erosion variation is severe. The tunnel is a discontinuously flexible structure composed of several hundreds rings. The key technique problem in the feasible scheme is the longitudinal deformation caused by erosion-siltation change and earthquake load. So the 3-D nonlinear finite element program is developed to analyze the longitudinal deformation, crack opening, dislocation etc.. According to the characteristics of the large scale model and many contact interfaces ， several approaches are adopted to control calculation scale and to ensure calculation precision, including rapid solution algorithm for the equations. The results show that the crack opening, the dislocation displacement, the bolt stress of span joints, and the concrete stress are all in the design permission range, and can satisfy the design requirement.

Key words: Yellow River Tunnel , longitudinal deformation , contact nonlinearity , 3-D finite element

中图分类号:

谢小玲, 苏海东, 林绍忠. 穿黄隧洞纵向变形三维有限元分析[J]. 长江科学院院报, 2010, 27(7): 60-64.

XIE Xiao-ling, SU Hai-dong, LIN Shao-zhong. Analysis on Longitudinal Deformation of Tunnel Crossed Yellow River by 3-D Finite Element[J]. Journal of Changjiang River Scientific Research Institute, 2010, 27(7): 60-64.

[1]	杨蒙, 覃茜, 杨旭, 王樱, 徐航. 滇中引水工程隧洞衬砌施工期温控措施[J]. 长江科学院院报, 2024, 41(10): 175-182.
[2]	汪健, 祁勇峰, 耿飞. 引江济淮船闸闸首施工期开裂风险与防裂分析[J]. 长江科学院院报, 2024, 41(10): 189-194.
[3]	李琳, 李彬, 刘东, 韩笑. 深厚软土区深大异形基坑开挖对临近建构筑物的影响[J]. 长江科学院院报, 2023, 40(1): 140-145.
[4]	陕亮, 崔建华, 苏海东. 三峡升船机塔柱结构施工期仿真计算分析[J]. 长江科学院院报, 2019, 36(7): 118-124.
[5]	贾攀, 佘成学. 水泥基材料接触溶蚀的三维有限元数值模拟[J]. 长江科学院院报, 2019, 36(11): 132-139.
[6]	江洎洧, 付少兰, 潘家军, 徐晗. 围堤填筑对深厚软土地基既有群桩基础的影响研究[J]. 长江科学院院报, 2017, 34(9): 79-85.
[7]	张雪才, 王正中, 李宝辉, 徐超. 弧形闸门闸坝一体化静动力分析及安全评价[J]. 长江科学院院报, 2017, 34(7): 116-120.
[8]	徐晗，陈云，饶锡保，潘家军. 高土石围堰复合土工膜防渗三维有限元分析[J]. 长江科学院院报, 2017, 34(2): 110-113.
[9]	陈琴, 龚亚琦, 祁勇峰, 颉志强. 自重施加方式对高拱坝廊道结构应力及配筋的影响[J]. 长江科学院院报, 2017, 34(12): 111-114.
[10]	陈丹,晏成明. 三维倒虹吸结构动力响应分析[J]. 长江科学院院报, 2015, 32(5): 137-140.
[11]	张昊,高玉峰,谭慧明,刘夫江,刘辰. 遮帘式板桩码头变形机制有限元分析[J]. 长江科学院院报, 2014, 31(7): 81-85.
[12]	柏俊磊, 王乐华, 汤开宇, 韩晶. 开挖卸荷速率变化对岩质边坡应力应变影响作用研究[J]. 长江科学院院报, 2014, 31(6): 60-64.
[13]	武尚，刘佑荣，李世佳. 三轴压缩条件下灰岩力学特性试验及力学模型研究[J]. 长江科学院院报, 2013, 30(3): 30-34.
[14]	胡庆，李漪，李恒，胡凯锋，郑德宾. 库水波动下库岸边坡地下水浸润线解析解及误差分析[J]. 长江科学院院报, 2013, 30(3): 44-48.
[15]	闫小虎, 杨华全, 石妍, 李明霞. 基于CT-连续加荷水泥乳化沥青混凝土细观损伤规律研究[J]. 长江科学院院报, 2013, 30(3): 75-78.