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隧洞工程在众多水利水电工程中扮演着举足轻重的角色,近年来世界各地大兴水利推动了隧洞工程理论和工程技术的飞速发展。肯斯瓦特导流泄洪洞属于2级水工建筑物是肯斯瓦特水利枢纽重要组成部分。本文以ANSYS有限元分析软件为研究工具,选择肯斯瓦特水利枢纽的导流泄洪洞工程为分析研究对象,主要做了以下工作:首先分析讨论围岩稳定性和支护结构的发展研究现状以及隧洞围岩非线性有限元理论。其次收集分析肯斯瓦特导流泄洪洞工程地质情况,建立有限元分析模型。然后研究导流泄洪洞Ⅲ类、Ⅳ类围岩分别在施工工况和正常运行工况下的围岩稳定以及支护结构受力性能,并且对贯穿导流泄洪洞的断层破碎带进行分析。最后在现有勘测设计资料的基础上研究导流泄洪洞在不同岩石物理力学参数(岩体弹性模量、泊松比、粘聚力和内摩擦角)、不同隧洞断面形式(圆形断面、蛋形断面、马蹄形断面和圆拱直墙式断面)和不同埋深情况下的参数敏感性。 通过本文研究,得出有关肯斯瓦特导流泄洪洞围岩稳定及支护结构受力性能的一般规律,并且得出了相类似水工隧洞工程的一般规律,对于有关单位和人员进行勘测、设计及施工等具有参考作用。根据全文的研究分析,主要得到以下一些结论:(1)Ⅲ类围岩受力性能较好,正常开挖以后围岩应力应变在岩石可承受范围以内未出现塑性区域。在隧洞拱顶和边墙随机打入锚杆即可维持稳定。(2)Ⅳ类围岩受力性能一般,正常开挖以后在边墙周围出现一定范围的塑性应变,需要及时喷射混凝土和系统锚杆支护。为了后期承受外水压力,需要在隧洞周围5m范围内进行固结灌浆。(3)断层破碎带受力性能差,需采取预灌浆和深度灌浆等工程措施以承受围岩压力和外水压力。(4)通过分析表明直墙圆拱断面形式隧洞在边墙与底板结合处出现很明显的应力集中,建议对该处进行倒圆弧处理以改善受力性能。(5)将固结灌浆圈与锚杆加固圈联合布置并且共同承担围岩压力和外水压力是对隧洞设计的优化。(6)本工程围岩对于粘聚力值较为敏感,弹性模量的敏感性次之,泊松比和内摩擦角敏感性较小。因而建议在与本工程相类似的勘测试验中要特别注意粘聚力试验组数和试验值处理。(7)通过分析中得出圆形断面受力性能最佳,马蹄形和蛋形断面次之,圆拱直墙式断面最差。(8)在一定隧洞埋深范围内,埋深对于围岩位移、压应力和塑性应变影响较大,但是对于拉应力影响较小。建议类似埋深条件的工程注意埋深较大处围岩压应力和塑性应变值的变化,及时做好支护措施保证施工安全和工程质量。