对流-导热作用下寒区水工隧洞衬砌热力耦合分析

寒区水工隧洞在通风条件下产生的温度变化会影响衬砌结构力学性能，进而影响水工隧洞的安全运行。以新疆布伦口水电站水工隧洞为依托，基于现场监测数据，采用有限元法对在不同风温、风速下隧洞不同深度处衬砌结构的热学、力学耦合特性进行深入分析。结果表明：不同风温下水工隧洞洞口衬砌温度低于洞内衬砌温度，洞口衬砌温度变化幅度大于洞内衬砌温度变化幅度；随着通风时间增加，一次衬砌与二次衬砌压应力均先减小后增大，最大压应力均位于拱腰处；不同风速下一次衬砌与二次衬砌最大温差为8.40℃,沿水工隧洞轴向与径向距离的增加，温度逐渐升高，风速、风温影响逐渐减小，最大温度拉应力位于拱腰，一次衬砌为0.12 MPa,二次衬砌为0.32 MPa;在不同风温和不同风速下，一次衬砌与二次衬砌位移均呈水平收缩、竖直隆起趋势。研究成果可为寒区水工隧洞衬砌优化设计提供理论参考。