【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水工隧洞工程，尤其是高压隧洞钢筋混凝土衬砌渗流-应力-开裂分析方法。
技术介绍
1、输水隧洞是抽水蓄能电站的重要组成部分，但在高内水压力作用下，混凝土衬砌将不可避免地发生开裂，引发内水外渗，导致围岩处于高渗压和高水力梯度的不利运行环境中，严重威胁工程安全。
2、通过建立衬砌混凝土渗透系数随损伤演化模型，基于渗流-应力耦合求解方法，可以获得压力隧洞衬砌开裂渗漏及与围岩联合承载特性，进而为优化提升压力隧洞混凝土衬砌的设计参数提供数据支持，提高压力隧洞的安全性。但常规的衬砌混凝土渗透系数随损伤演化模型将开裂过程等效为衬砌实体单元损伤，无法反映裂缝非连续拓展特征，也未考虑裂缝处法相和切向的渗透特性差异。
3、而基于非连续力学模型的压力隧洞衬砌开裂渗漏分析模型，如中国专利“高水头钢筋混凝土衬砌压力隧洞充水过程分析方法（cn 115081294a）”，其利用接触面单元模型模拟衬砌开裂及衬砌与围岩分离力学行为，采用孔隙-裂隙双重介质渗流-应力耦合模型，提出了高压隧洞钢筋混凝土衬砌充水过程分析方法。但该方法计算效率较为低下，主要依靠自主编程，应用推广门槛较高。
技术实现思路
1、本专利技术目的在于提供一种高压隧洞钢筋混凝土衬砌渗流-应力-开裂分析方法。
2、为实现上述目的，本专利技术采取下述技术方案：
3、本专利技术所述的一种高压隧洞钢筋混凝土衬砌渗流-应力-开裂分析方法，包括以下步骤：包括以下步骤：
4、s1，确定混凝土衬
5、s2，在混凝土衬砌裂缝分布位置插入内聚单元；
6、s3，建立高压隧洞计算模型，进行渗流场计算；
7、s4，进行应力场计算；
8、s5，基于s1步中的启裂水头标定内聚单元的刚度参数；
9、s6，持续进行加压，得到高压隧洞钢筋混凝土衬砌渗流-应力-开裂特征。
10、进一步地， s1步具体包括，存在工程监测资料时，根据工程监测结果确定混凝土衬砌裂缝分布位置和启裂水头；否则采用透水衬砌开裂渗漏解析计算方法和渗流-应力耦合求解方法确定混凝土衬砌裂缝分布位置和启裂水头。
11、进一步地，s2步具体包括：通过商业软件abaqus/cae界面插入内聚单元；在inp文件中，找到孔隙压力节点的最小标签号，并标记为ppmin；在abaqus/cae界面，通过布尔操作显示标签号大于或等于ppmin的节点；通过abaqus/cae界面操作，合并所有位于同一坐标位置的孔隙压力节点。
12、进一步地，s3步中，设置内聚单元的属性为coh3d8p。
13、进一步地，s3步具体为利用abaqus内置的变量，输出单元流速变量flvel和单元体积evol，再通过编制渗流体力荷载求解程序，实现对应单元节点流速、体积、水重度和渗透系数倒数之间乘积的输出，得到渗流力荷载。
14、进一步地，s4步中，设置内聚单元的属性为coh3d8。
15、进一步地，s4步具体为拟定内聚单元的刚度参数，采用“*dload”荷载施加方式将渗流体力荷载施加到高压隧洞计算模型中；所述计算模型采用线弹性模型模拟衬砌混凝土，牵引-脱离模型模拟内聚单元。
16、进一步地，s5步具体为根据s4步中高压隧洞计算模型，计算高压隧洞钢筋混凝土衬砌的启裂水头，并与s1步确定的启裂水头对比，若两者差值超过预设值，则执行s4步，调整内聚单元的刚度参数，重复s5步，直到两者差值符合要求。
17、进一步地，若根据s4步中高压隧洞计算模型计算得到的高压隧洞钢筋混凝土衬砌的启裂水头与s1步确定的启裂水头差值符合要求，则执行s6步，持续加压计算，得到高压隧洞钢筋混凝土衬砌渗流-应力-开裂特性。
18、本专利技术的优点在于利用目前较为成熟的内聚单元模拟高压隧洞钢筋混凝土衬砌渗流-应力-开裂非连续拓展，基于大型商业软件abaqus平台二次开发建立高压隧洞钢筋混凝土衬砌渗流-应力-开裂分析方法，兼具了计算效率高和实现难度低的优点，便于在学术界和工程界应用推广。
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1.一种高压隧洞钢筋混凝土衬砌渗流-应力-开裂分析方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高压隧洞钢筋混凝土衬砌渗流-应力-开裂分析方法，其特征在于： S1步具体包括，存在工程监测资料时，根据工程监测结果确定混凝土衬砌裂缝分布位置和启裂水头；否则采用透水衬砌开裂渗漏解析计算方法和渗流-应力耦合求解方法确定混凝土衬砌裂缝分布位置和启裂水头。
3.根据权利要求1所述的一种高压隧洞钢筋混凝土衬砌渗流-应力-开裂分析方法，其特征在于：S2步具体包括：通过商业软件ABAQUS/CAE界面插入内聚单元；在INP文件中，找到孔隙压力节点的最小标签号，并标记为PPmin；在ABAQUS/CAE界面，通过布尔操作显示标签号大于或等于PPmin的节点；通过ABAQUS/CAE界面操作，合并所有位于同一坐标位置的孔隙压力节点。
4.根据权利要求1所述的一种高压隧洞钢筋混凝土衬砌渗流-应力-开裂分析方法，其特征在于：S3步中，设置内聚单元的属性为COH3D8P。
5.根据权利要求4所述的一种高压隧洞钢筋混凝土衬砌渗流-应力-开裂分析方
6.根据权利要求1所述的一种高压隧洞钢筋混凝土衬砌渗流-应力-开裂分析方法，其特征在于：S4步中，设置内聚单元的属性为COH3D8。
7.根据权利要求6所述的一种高压隧洞钢筋混凝土衬砌渗流-应力-开裂分析方法，其特征在于：S4步具体为拟定内聚单元的刚度参数，采用“*DLOAD”荷载施加方式将渗流体力荷载施加到高压隧洞计算模型中；所述计算模型采用线弹性模型模拟衬砌混凝土，牵引-脱离模型模拟内聚单元。
8.根据权利要求1所述的一种高压隧洞钢筋混凝土衬砌渗流-应力-开裂分析方法，其特征在于：S5步具体为根据S4步中高压隧洞计算模型，计算高压隧洞钢筋混凝土衬砌的启裂水头，并与S1步确定的启裂水头对比，若两者差值超过预设值，则执行S4步，调整内聚单元的刚度参数，重复S5步，直到两者差值符合要求。
9.根据权利要求8所述的一种高压隧洞钢筋混凝土衬砌渗流-应力-开裂分析方法，其特征在于：若根据S4步中高压隧洞计算模型计算得到的高压隧洞钢筋混凝土衬砌的启裂水头与S1步确定的启裂水头差值符合要求，则执行S6步，持续加压计算，得到高压隧洞钢筋混凝土衬砌渗流-应力-开裂特性。
...【技术特征摘要】
1.一种高压隧洞钢筋混凝土衬砌渗流-应力-开裂分析方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高压隧洞钢筋混凝土衬砌渗流-应力-开裂分析方法，其特征在于： s1步具体包括，存在工程监测资料时，根据工程监测结果确定混凝土衬砌裂缝分布位置和启裂水头；否则采用透水衬砌开裂渗漏解析计算方法和渗流-应力耦合求解方法确定混凝土衬砌裂缝分布位置和启裂水头。
3.根据权利要求1所述的一种高压隧洞钢筋混凝土衬砌渗流-应力-开裂分析方法，其特征在于：s2步具体包括：通过商业软件abaqus/cae界面插入内聚单元；在inp文件中，找到孔隙压力节点的最小标签号，并标记为ppmin；在abaqus/cae界面，通过布尔操作显示标签号大于或等于ppmin的节点；通过abaqus/cae界面操作，合并所有位于同一坐标位置的孔隙压力节点。
4.根据权利要求1所述的一种高压隧洞钢筋混凝土衬砌渗流-应力-开裂分析方法，其特征在于：s3步中，设置内聚单元的属性为coh3d8p。
5.根据权利要求4所述的一种高压隧洞钢筋混凝土衬砌渗流-应力-开裂分析方法，其特征在于：s3步具体为利用abaqus内置的变量，输出单元流速变量flvel和单元体积evol，再通过编制渗流体力...
【专利技术属性】
技术研发人员：景来红，金俊超，宋志宇，胡凤敏，白正雄，白新革，刘光昆，
申请(专利权)人：黄河勘测规划设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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