[发明专利]一种导流隧洞直柱形堵头长度设计方法

摘要

本发明公布一种导流隧洞直柱形堵头长度设计方法，它包括如下步骤：①采用刚体极限平衡法计算常规楔形堵头计算长度L0；②采用三维有限元法对直柱形堵头和常规楔形堵头进行计算分析，得出楔形效应所提供的安全储备P0；③分别计算直柱形堵头围岩支护锚杆和堵头下游段衬砌提供的安全储备Pm、Pc，及其之和P1＝Pm+Pc；④对比P1和P0，若P1≥P0，取直柱形堵头计算长度Lj＝L0；若P1＜P0，其差额通过增加堵头长度ΔL来提供，取Lj＝L0+ΔL；⑤取直柱形堵头设计长度Lz≥Lj。本发明克服了现有直柱形堵头相较于常规楔形堵头挡水额外安全储备下降的不足，是对现有堵头长度设计方法的补充完善，有利于推动直柱形堵头在导流隧洞特别是大型导流隧洞封堵工程中的应用。

主权项

一种导流隧洞直柱形堵头长度设计方法，其特征在于：它包括如下步骤：①、采用刚体极限平衡法计算得出常规楔形堵头(2)计算长度L0；②、采用三维有限元法对直柱形堵头(3)和所述的常规楔形堵头(2)分别进行计算分析，得出在所述的常规楔形堵头(2)计算长度L0条件下，楔形效应所提供的安全储备P0；③、综合考虑所述的直柱形堵头(3)所在的地质条件、施工条件，初步拟定可增加所述的直柱形堵头(3)安全储备的结构措施，所述的结构措施主要包括：围岩支护锚杆(6)和堵头下游段衬砌(1)、堵头长度增加段(7)；④、计算得出所述的围岩支护锚杆(6)结构措施所提供的安全储备Pm，Pm计算公式为：Pm=Rm(·)S(·)=nAsfgvΣPR---I]]>式(I)中，Rm(·)为堵头段所述的围岩支护锚杆(6)抗力函数；S(·)为所述的直柱形堵头(3)运行期作用效应函数；n为所述的围岩支护锚杆(6)根数；As为所述的围岩支护锚杆(6)单根横截面积(mm2)；fgv为所述的围岩支护锚杆(6)设计抗剪强度(MPa)；∑PR为所述的直柱形堵头(3)滑动面上承受的全部切向作用之和(kN)；⑤、计算得出所述的直柱形堵头(3)堵头下游段衬砌(1)结构措施所提供的安全储备Pc，Pc计算公式为：Pc=Rc(·)S(·)=fcALΣPR=fcSLBcscβΣPR---II]]>式(II)中，Rc(·)为所述的堵头下游段衬砌(1)抗剪出抗力函数；S(·)为堵头运行期作用效应函数；fc为所述的堵头下游段衬砌(1)设计抗剪强度(MPa)；AL为所述的堵头下游段衬砌(1)剪切破裂面面积(mm2)；SL为所述的堵头下游段衬砌(1)中心线环向周长(m)；B为所述的堵头下游段衬砌(1)厚度(m)；β为所述的堵头下游段衬砌(1)剪切破裂面与水平面夹角；∑PR为所述的直柱形堵头(3)滑动面上堵头承受的全部切向作用之和(kN)；⑥、计算得出所述的围岩支护锚杆(6)和堵头下游段衬砌(1)等结构措施所提供的安全储备之和P1，P1计算公式为：P1＝Pm+Pc   III式(III)中，Pm为所述的围岩支护锚杆(6)结构措施所提供的安全储备；Pc为所述的堵头下游段衬砌(1)结构措施所提供的安全储备；⑦、对比所述的常规楔形堵头(2)楔形效应所提供的安全储备P0与所述的围岩支护锚杆(6)和堵头下游段衬砌(1)等结构措施所提供的安全储备之和P1，若P1大于或等于P0，则取所述的直柱形堵头(3)计算长度Lj＝L0；若P1小于P0，则其差额通过所述的堵头长度增加段(7)结构措施来提供；⑧、计算得出所述的堵头长度增加段(7)计算长度L，L计算公式为：ΔL=P0-P1P0L0---IV]]>式(IV)中，P0为所述的楔形效应所提供的安全储备；P1为所述的围岩支护锚杆(6)和堵头下游段衬砌(1)结构措施所提供的安全储备之和；L0为所述的常规楔形堵头(2)计算长度；⑨、取所述的直柱形堵头(3)计算长度为Lj＝L0+ΔL；⑩、取所述的直柱形堵头(3)设计长度Lz≥Lj。