高地溫水工高壓隧洞的結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)相似材料研究.pdf

1、本文依托國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目:高地溫梯度水工高壓隧洞THM耦合作用下的承載特性研究（項(xiàng)目編號:51369007），針對高地溫水工高壓隧洞結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)相似材料研究稀少的問題，根據(jù)高地溫水工高壓隧洞的受力特征，運(yùn)用結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)的相似理論，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)模型相似材料的研制。本文采用水泥、砂、碎石、重晶石粉等原材料，通過配比試驗(yàn)，制備出一種熱穩(wěn)定性好、便于施工、力學(xué)性能參數(shù)穩(wěn)定且可調(diào)范圍廣的新型地質(zhì)力學(xué)模型相似材料，彌補(bǔ)了高地溫高壓水工隧洞模型

2、相似材料研究的空缺。通過力學(xué)性能測試、熱線膨脹系數(shù)測試得到相似材料的物理參數(shù)數(shù)據(jù)，分析得出原材料含量對試驗(yàn)測量的材料力學(xué)性能參數(shù)的影響規(guī)律，并將試驗(yàn)測量的相似材料物理參數(shù)賦值于結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)的數(shù)值仿真模型，進(jìn)行高地溫水工高壓隧洞模型的仿真模擬，分析了高地溫高壓水工隧洞模型的受力特征、破壞形態(tài)，為結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)提供參考依據(jù)。本文主要研究成果如下:
　　(1)組織了相似材料配比試驗(yàn)，并進(jìn)行抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量了力學(xué)性能測試，與原型

3、巖體物理參數(shù)進(jìn)行比較后，確定了兩組配比作為模型試驗(yàn)相似材料，分別符合模型試驗(yàn)Ⅱ類圍巖、Ⅲ類圍巖要求。通過綜合分析相似材料中不同含量的水泥、石子、重晶石粉、水膠比等與相似材料力學(xué)性能參數(shù)測試結(jié)果之間的關(guān)系，得到原材料含量不同對材料抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、彈性模量的影響規(guī)律:相似材料的水泥含量、重晶石粉含量、石子含量的增大，以及水膠比的減小，都會(huì)導(dǎo)致抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、彈性模量的增大。
　　(2)通過進(jìn)行熱線膨脹系數(shù)的試驗(yàn)，測得選定相似材

4、料的熱膨脹系數(shù)符合一般巖石的熱線膨脹系數(shù)的取值范圍，滿足相似材料要求。
　　(3)通過結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)?zāi)M得到以下仿真模擬結(jié)果:高地溫高壓水工隧洞結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)，在充水時(shí)，圍巖與隧洞中的水發(fā)生熱對流，產(chǎn)生溫度梯度，圍巖受溫度拉應(yīng)力作用明顯，圍巖承載能力比一般高壓水工隧洞模型低，溫度效應(yīng)不容忽視;高地溫高壓水工隧洞結(jié)構(gòu)模型受到溫度場、滲流場、應(yīng)力場的耦合作用，受力情況復(fù)雜，選擇T-H-M耦合模型進(jìn)行計(jì)算可能更加合理，在T-H-M耦合作用下