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文檔簡介
1、新疆布侖口引水發(fā)電洞高地溫段揭示的圍巖鉆孔溫度高達(dá)82℃以上,而引水的溫度則低至5℃,在如此高溫降、高溫差條件下圍巖的溫度應(yīng)力特征、隧洞支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、隧洞運(yùn)行期的穩(wěn)定等都是亟需解決的工程問題,也是亟待研究的科學(xué)問題。
本文首先在前人工作的基礎(chǔ)上,論證了由現(xiàn)場試驗(yàn)反演得到的參數(shù),并應(yīng)用到本文所建立的ANSYS數(shù)值仿真模型中進(jìn)行分析;模擬了高溫隧洞典型斷面的圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)溫度場及應(yīng)力場特征;分析了支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度與內(nèi)力變化的關(guān)系
2、;研究了幾個關(guān)鍵因素對支護(hù)結(jié)構(gòu)受力的影響規(guī)律;得到以下幾點(diǎn)認(rèn)識:
1.通過與現(xiàn)場試驗(yàn)實(shí)測結(jié)果以及理論分析的對比,認(rèn)為本文數(shù)值仿真在高溫隧洞中的研究成果與熱力學(xué)基本規(guī)律相符,也較為符合工程實(shí)際,可應(yīng)用于工程研究及設(shè)計(jì)。
2.本文高溫隧洞仿真研究表明,熱力耦合結(jié)果的最大拉應(yīng)力值比純溫度及無溫度仿真結(jié)果疊加值略大5%~10%,其安全系數(shù)更高;由于溫度作用異常,使高溫隧洞圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)粘結(jié)面的熱力學(xué)變化與常溫時完全不同,故數(shù)
3、值仿真中應(yīng)考慮兩者間的粘結(jié)接觸作用。
3.本文通過分析幾個關(guān)鍵因素對高溫隧洞支護(hù)結(jié)構(gòu)受力的影響,得到規(guī)律如下:
?、僭龃笾ёo(hù)結(jié)構(gòu)厚度對其內(nèi)力改善不明顯;支護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱系數(shù)的變化僅影響其內(nèi)部的應(yīng)力梯度;線膨脹系數(shù)與彈性模量的改變只能影響應(yīng)力值的大小,無法改變其應(yīng)力狀態(tài);支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖的粘結(jié)情況對其與圍巖的共同作用至關(guān)重要。
?、诔跏紟r溫增大,支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力增量增大;隧洞埋深增大,支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的拉應(yīng)力減小,壓應(yīng)力則
4、增大。
?、垡疁囟仍礁?,支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部溫度越高,溫度場穩(wěn)定越快,其內(nèi)部拉應(yīng)力減小也越快;內(nèi)水壓力提高,其內(nèi)部拉應(yīng)力增大,不利于高溫隧洞穩(wěn)定性。
4.具體對于布侖口高溫隧洞Ⅲ類圍巖洞段典型斷面的熱力邊界與特定的工況條件,通過本文的數(shù)值仿真研究,得到如下結(jié)論:
?、俑邷厮矶瓷疃萊處圍巖的溫度TR在溫度場穩(wěn)定期的分布規(guī)律為式:TR=K×(l)n(R)+T0。高溫隧洞支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)溫度在支護(hù)期為45℃,過水一年后降至8
5、℃;支護(hù)結(jié)構(gòu)的環(huán)向最大拉應(yīng)力達(dá)2.6MP,壓應(yīng)力達(dá)4.0MPa。
②支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度及應(yīng)力之間存在兩點(diǎn)重要關(guān)系:一是支護(hù)結(jié)構(gòu)的溫度降低導(dǎo)致其內(nèi)部拉應(yīng)力增大;二是支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度梯度引起了其應(yīng)力梯度。
③該洞段原設(shè)計(jì)所采用的支護(hù)方式為厚層襯砌方案,而基于上文3.①的結(jié)論以及保證支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度足夠的原則,本文建議為施作一次噴錨支護(hù)措施,支護(hù)結(jié)構(gòu)厚度宜為10~15cm,并采用C30聚酯纖維噴射混凝土以提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的抗拉能力。
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