高地溫引水隧洞開(kāi)挖熱力耦合研究.pdf

1、本文對(duì)高地溫隧洞進(jìn)行了系統(tǒng)研究,采用反演現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)溫度的方法得到了主要巖土體材料的熱學(xué)參數(shù),并對(duì)反演計(jì)算方法進(jìn)行了可靠性驗(yàn)證,結(jié)果表明反演分析運(yùn)用于計(jì)算材料的熱學(xué)參數(shù)是可行的;對(duì)初始巖溫分別為40℃、55℃、70℃時(shí),隧洞開(kāi)挖后圍巖溫度重分布特點(diǎn)進(jìn)行深入分析總結(jié),計(jì)算結(jié)果表明圍巖溫度場(chǎng)的變化規(guī)律表現(xiàn)為在一定深度范圍內(nèi),圍巖溫度降低的幅度和降低的速率均隨著徑向深度的增加和時(shí)間的推移而減小,當(dāng)徑向深度超過(guò)3倍洞徑后不再改變;結(jié)合溫度場(chǎng)重分布特

2、點(diǎn)進(jìn)行熱力耦合研究,發(fā)現(xiàn)熱力耦合情況下,洞周淺部約2m范圍圍巖位移趨勢(shì)變化明顯,由向洞內(nèi)的收斂變形變?yōu)橄蚨赐獾臄U(kuò)張,但超過(guò)此深度后,位移方向不變,初始巖溫越高,圍巖位移改變量越大,但最大位移均發(fā)生在徑向深度5m處。
　　熱力耦合情況下,洞周圍巖均表現(xiàn)為受拉狀態(tài),而且越是靠近開(kāi)挖面,受拉越嚴(yán)重;初始巖溫越高,圍巖第一主應(yīng)力越大,而且最大拉應(yīng)力出現(xiàn)的位置有所不同,當(dāng)初始巖溫40℃時(shí),最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在邊墻和拱頂局部,初始巖溫55℃時(shí),最

3、大拉應(yīng)力出現(xiàn)在邊墻和仰拱局部,初始巖溫70℃時(shí),洞周拉應(yīng)力均達(dá)到最大,隨著徑向深度的增加,拉應(yīng)力逐漸減小;最后以齊熱哈塔爾引水隧洞高地溫問(wèn)題為依托,結(jié)合其工程地質(zhì)和溫度概況,采用Zsoil軟件對(duì)本工程引水隧洞在最不利情況即初始巖溫70℃時(shí)進(jìn)行了熱力耦合計(jì)算,詳細(xì)研究了本隧洞溫度在經(jīng)歷初始高巖溫-通風(fēng)降溫-熱平衡-通水降溫-熱平衡的過(guò)程中圍巖溫度場(chǎng)分布及不同支護(hù)形式下的結(jié)構(gòu)變形和受力特點(diǎn),探討了隧洞支護(hù)結(jié)構(gòu)在反復(fù)溫度荷載下的變形規(guī)律,計(jì)算

4、發(fā)現(xiàn):兩次降溫作用加劇了圍巖向臨空面的變形;隧洞完成初支后,及時(shí)安裝二襯對(duì)開(kāi)挖后的圍巖松動(dòng)圈起到很好的支撐作用,有利于圍巖穩(wěn)定;熱力耦合作用下,僅僅只有初期支護(hù)時(shí),洞周圍巖最大主應(yīng)力位于仰拱及拱腳局部范圍內(nèi),不滿足現(xiàn)有水電工程規(guī)范中對(duì)于噴射混凝土的抗拉強(qiáng)度要求;考慮溫度與內(nèi)水壓力共同作用時(shí),圍巖最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力均超過(guò)規(guī)范要求,因此僅僅施做初期支護(hù)對(duì)于隧洞的長(zhǎng)期運(yùn)行是不安全的;施做二襯后,二襯與初支接觸位置圍巖最大主應(yīng)力的最大值減小