高地温引水隧洞喷混凝土—围岩粘结强度试验研究

随着地下工程不断向地层深部发展,高地温对工程影响日益显著,为了保证引水隧洞的稳定和运行安全,利用室内仿真试验装置模拟高地温隧洞内的湿热环境,测试高温环境下混凝土与围岩粘结强度,并通过试验获得粘结强度与温度的关系分析了孔隙率和破坏面的位置。研究结果表明,温度对粘结强度的影响较大,与标准工况20℃相比,70℃工况下粘结强度较低且降幅达15.28%;20℃工况下混凝土致密性较好,70℃工况下孔隙率较大,但整体结构稀疏多孔且高温环境下粘结破坏断面多位于交界面混凝土1mm位置。     

湿喷钢纤维混凝土在拉西瓦水电站

喷钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入适量的钢纤维．依靠压缩空气将钢纤维混凝土高速连续地喷射到岩而,钢纤维混凝土与围岩密贴为整体,使围岩成为隧洞承载结构的主体。在地下工程中,可代替挂钢筋网喷混凝土支护。介绍了湿喷钢纤维混凝土在拉西瓦水电站地下工程巾的应用,以及湿喷钢纤维混凝土的特性、配合比设计、施工工艺等。     

等温条件下混凝土内部湿迁移规律研究

为探究等温条件下混凝土内部相对湿度演化规律,制作了内部预埋温湿度传感器的圆柱形混凝土试件,对试件圆柱面进行绝湿处理,并利用恒温恒湿环境试验箱与自制可程式湿源在试件两端边界施加不同的湿度,使试件两端产生湿度差,从而实现混凝土内部相对湿度沿单一方向迁移。同时采用恒温恒湿环境试验箱对混凝土湿扩散过程中试件的温度进行控制,探究混凝土温度在20、30、40℃时不同相对湿度边界条件下混凝土内部的湿度演化规律。试验结果表明,混凝土温度越大,湿度响应速率越快,但温度对湿扩散最终稳定状态时试件内部的相对湿度分布影响较小;试件两侧湿度差越大,湿度增幅越大,响应速率相较于湿度差小的试件存在一定的滞后性。     

欠挖条件下导流隧洞衬砌结构应力应变分析

针对功果桥水电站导流隧洞欠挖情况,根据进口段欠挖典型断面建立了数值仿真分析模型,比较了不同欠挖程度下衬砌结构的受力特征,分析了衬砌和围岩间粘结强度对衬砌结构的影响,并采用内力法对衬砌内的配筋进行了复核。结果表明,随欠挖程度的增加,衬砌实际厚度减小;在外水压力作用下,衬砌变形逐渐增大,应力也随之增加,衬砌安全度逐渐减小;在衬砌与围岩间粘结强度为0.4MPa,且欠挖深度在衬砌厚度的40%(欠挖92cm)及其以上时,衬砌结构的安全将得不到保证;同时衬砌与围岩间粘结强度对边墙和底板的变形和应力影响较大,而对顶拱位置影响较小。     

层状岩体引水隧洞围岩稳定性数值模拟分析

为研究不同产状下层状岩体引水隧洞在施工中围岩稳定性特征,以青海省引大济湟部分引水隧洞为例,建立不同岩层倾角下引水隧洞的三维有限元计算模型,计算不同倾角下层状岩体引水隧洞的围岩位移、塑性区范围、最大主应力及支护结构内力的变化规律。结果表明,拱顶沉降与底板隆起在岩层倾角为45°+φ/2(φ为岩体内摩擦角)时达到峰值;0°倾角时水平收敛最大;90°时塑性区和位移较大值分布在两侧直边墙顶部和底部,易发生边墙折断破坏;岩层倾角为0°、90°时最大主应力沿隧洞断面近似呈对称分布;30°～70°时最大值点随层理面平行方向移动。支护结构内力较大的围岩倾角是0°倾角,该角度上拱圈各点弯矩较大,应注意拱顶弯折破坏,不同岩层倾角下二衬计算安全系数均满足规范要求,在施工时应充分重视二衬施做前围岩的变形监控。     

尼格高地温隧道温度演变规律及结构安全性分析

高温病害问题尤为突出,成为长大深埋越岭隧道建设过程中常见的技术难点。因此,以建（个）元高速尼格隧道为工程依托,基于现场监测数据,探明洞内气温和围岩温度场演变规律,分析隧道支护结构在高地温环境下的力学特性和安全特性。研究结果表明：(1)洞内气温时态曲线具有稳定和降温阶段,围岩温度则经历自然衰减期—稳定期—降温期;(2)洞内气温由出口至进口沿隧洞纵向呈缓慢升温—迅速降温变化,岩温随深度增加以抛物线形式增加;(3)基于混凝土应变计监测数据,验算二次衬砌安全性,计算结果合理准确,二次衬砌稳定且具有良好的安全储备,高地温控制理念正确,控制方法合理。     

高海拔寒冷地区混凝土筑坝层面结合特性试验分析

高海拔寒冷地区坝工混凝土分层浇筑时坯层层间粗糙度评价与结合质量控制一直是施工管控薄弱点，为此，尝试采用3D激光扫描并联合多指标评价主成分分析法，构建粗糙度综合评分F值，对施工坯层面粗糙度进行量化评定；并针对高海拔寒冷地区低温干燥环境特点，分析了不同浇筑坯层间歇时间和层面粗糙度的量化指标对混凝土层间结合性能的影响。结果表明，混凝土试样层面F值最大的是平均凿毛深度4.5 mm糙面，其层面粘结劈拉强度最高；低温干燥环境(温度5℃、湿度30%)明显影响层面粘结性能，劈拉强度与整浇混凝土强度同比衰减10%左右；且层面粘结劈拉强度与间歇时间呈典型负相关性。     

混凝土等湿热传导过程中内部温湿度演化规律

为研究混凝土在不同初始温湿度条件下内部温湿度的演化规律,通过预埋温湿度传感器和预处理产生不同温湿度分组试件及绝热、绝湿边界,同时结合加热板和恒温恒湿箱,使试件内部温度沿单一方向传导,从而监测混凝土内部等湿热传导过程中的温湿度演化规律。试验表明,混凝土内部湿度越大,温度响应速率越快,但湿度对最终稳定时试件内部的温度几乎无影响;混凝土内部湿度相同时,试件两侧温差越大,湿度响应速率越快,且变幅越大;此外,混凝土内部湿度迁移与温度传导存在耦合作用,湿度在温度驱动力和浓度梯度下发生迁移,同时湿迁移过程带走热能,能进一步促进温度传导。     

高炉鼓风除湿热质交换性能理论与实验研究

基于Whitman理论以及热质平衡理论建立高炉鼓风除湿器理论模型,设计并搭建1∶200高炉鼓风除湿模化实验台,对高温高湿环境下鼓风除湿性能进行实测。结果表明:除湿量理论值与实验值偏差在0.67%～8.53%内,数据差异小,说明理论模型适应性好,可将此理论模型用于大高炉鼓风除湿器设计计算;在高温高湿环境下,鼓风空气入口干球温度为43.5℃、含湿量为58.54 g/m~3时,溶液喷淋浓度为40%,喷淋温度为21.2℃,气液质量流量比为0.7时,除湿效果最优,除湿后鼓风空气含湿量降低44.79 g/m~3,鼓风湿度低至13.75 g/m~3,高炉鼓风风温可提升268.74℃。     

湿传递对墙体热传递的影响关系研究

建立以相对湿度和温度为驱动势的热湿耦合传递数学模型,并对模型准确性进行验证。以松木板和混凝土为例,利用所建数学模型对其在不同热湿环境下进行计算分析,结果发现:松木板的吸放湿性明显强于混凝土,湿流量为混凝土的5.3倍;考虑与未考虑传湿情况相比,松木板内表面温度低1.1℃,混凝土仅低0.2℃;在考虑传湿情况下,松木板内表面潜热热流占总热流的45%,而混凝土内表面潜热热流仅占总热流的8.3%。     

基于声发射技术的高地温隧洞衬砌早龄期混凝土性能试验

为深入探索高地温条件下早龄期混凝土的力学性能表现,利用混凝土的单轴压缩试验,并结合应力-时间、振铃计数-时间曲线,直观动态地展现高地温环境下的混凝土破坏过程。试验结果表明,高温高湿养护条件下混凝土声发射特征随养护龄期、强度的增加而后移;声发射信号随龄期的变化与混凝土内部材料结构的破坏程度、抗压强度随龄期的变化表现出高度一致的时域特性。研究结果为高地温条件下早龄期混凝土的力学性能研究提供了参考。     

大型导流隧洞衬砌结构与围岩稳定研究

导流隧洞广泛应用于工程建设中,钢筋混凝土衬砌支护也是目前导流隧洞的主要支护方式。采用非线性有限元分析方法,对某水电站导流隧洞洞身特征断面进行了计算,并引入了点点接触单元,对在内水作用下围岩和钢筋混凝土衬砌之间存在初始缝隙时的联合承载特性进行了分析;引入了接缝单元,对围岩与钢筋混凝土衬砌接触部分在外水作用下的工作特性进行模拟,分析了衬砌与围岩接触面强度对衬砌应力的影响,研究结果对其他导流隧洞衬砌结构设计和施工具有一定的指导意义。     

压力隧洞钢筋混凝土衬砌开裂数值模拟研究

立足于直接求解压力隧洞设计所关注的衬砌裂缝条数和裂缝宽度,同时考虑混凝土衬砌的开裂、钢筋的作用、钢筋与混凝土间的粘结滑移以及围岩的作用,建立了压力隧洞钢筋混凝土衬砌开裂的数值模型,并编制了相应的计算程序。采用该计算程序对压力隧洞钢筋混凝土衬砌开裂问题进行数值模拟研究,分析了钢筋量、围岩条件对裂缝条数和裂缝宽度的影响,并着重与现行规范进行对比分析。结果表明,所建模型能反映压力隧洞钢筋混凝土衬砌作为地下结构的受力特性;围岩条件对裂缝条数和宽度均有明显影响;压力隧洞钢筋混凝土衬砌限裂的关键在于改善围岩条件,不宜盲目加大钢筋量。该研究结果对压力隧洞工程实践具有一定的指导价值。     

高地温隧洞围岩温度场有限元分析

针对高地温隧洞存在的严重高温现象,以齐热哈塔尔水电工程为例,采用ANSYS软件对隧洞围岩高温段自然通风和采取降温措施两种工况进行模拟研究。与实测数据对比分析表明,随着自然通风和降温措施时间的增加,隧洞内部温度逐渐降低,最后达到平衡状态,模拟结果与实测数据基本吻合;同时对于隧洞整体围岩降温周期长、难度大的特点,可采取局部降温的措施达到施工作业要求的温度,这为工程项目的实施提供了可靠参考。     

高中间主应力下地下厂房高边墙围岩补强支护及效果评价

地应力高、岩石强度应力比低和中间主应力偏高是猴子岩水电站地下厂房的主要地质环境特征,且施工期高边墙围岩稳定性问题普遍、突出。结合开挖揭示的高地应力、围岩坚硬较完整和局部节理裂隙较发育等工程地质环境条件,在总结施工期围岩变形破坏特征和分析监测资料的基础上,研究了高中间主应力条件下地下厂房高边墙围岩补强支护措施,并对其效果进行评价。结果表明,补强支护处的边墙围岩变形速率减小,位移得到了收敛,说明支护合理、有效,为类似工程的围岩补强支护和安全控制提供了借鉴。     

湿热地区波纹翅片管式表冷器的运行性能和调节能力研究

表冷器作为空调系统中空气的热湿处理设备在湿热地区应用广泛。然而,随着户式中央空调的发展,它与中小型冷水机的匹配及运行优化仍缺少指南。建立了某9排管空气-水逆流式波纹翅片管式表冷器的传热除湿数学模型。模拟结果分析表明:室外气象参数的影响显著,气温越高且露点温度越高,则其供冷和除湿能力显著提高;在广州和杭州六月份平均气象条件下,调节表冷器的供水温度、供水流速或管外风速,其供冷能力可分别在名义供冷能力的32%~95%以及45%~120%内调节,除湿能力也可相应随之得到调节;入口水温愈低,则变水量或变风量对表冷器供冷及除湿能力的调节作用范围越广;风速愈大且水流速度愈高,则变水温的调节作用范围越广;入口水温越低、风速越大或水流速度越大,则联合调节风量水量、水温水量或水温风量对其供冷和除湿能力的调节作用范围也越广。     

大型试验室蒸汽加湿系统优化设计与测试

结合大型步入式试验室的湿热环境试验条件,设计了一套蒸汽加湿系统,使试验室技术指标完全满足军标规定要求。通过模拟研究,优化了系统的温度和湿度。选用了具有多种安全保护措施的高度自控的电蒸汽发生器,提高了供汽系统的运行安全性,自动和手动互补的调节方式解决了系统出现故障时产生较大湿度波动的问题。该系统采用先进的供汽方式和湿度调控设备,提高了加湿系统的整体性能;采用PID自动控制技术,实现了湿热试验中湿度的平稳自动调节,温度允差控制在±0.5℃,相对湿度允差±0.8%。     

碾压式沥青混凝土心墙高温连续碾压试验研究

为研究沥青混凝土心墙连续两层施工时基层温度高于现行规范规定90℃碾压对心墙质量的影响,现场进行了基层温度为80、90、100、110℃的连续两层碾压试验,通过现场试验研究了不同基层温度的侧胀变化情况,并结合室内试验探究了其压实性能、抗弯性能、抗拉性能及孔隙率变化规律。试验结果表明,随着基层温度的提高,心墙沥青混凝土侧胀量在逐渐增大,基层沥青混凝土较上层沥青混凝土的侧胀量明显;基层温度为80、90、100℃的心墙沥青混凝土抗压强度、抗弯强度及抗拉强度满足现行规范要求;基层温度为110℃的心墙沥青混凝土抗压强度可达到对照组(基层温度为80、90℃)的90%以上,但其抗弯强度和抗拉强度仅为对照组的50%左右,强度有明显下降,基层温度110℃结合区的孔隙率超过规范值3%。这说明基层沥青混凝土温度在低于100℃进行连续两层碾压,物理力学性能可满足现行规范要求。     

温度变化对小浪底水库排沙洞无粘结预应力衬砌结构应力状态的影响

小浪底排沙洞是我国第一个采用无粘结预应力混凝土衬砌结构的高压水工隧洞,结合工程运行过程中的观测数据,对温度作用下混凝土应变计的应变变化规律和基于应变监测数据的温度应力计算方法进行了探讨,分析了温度变化对预应力衬砌结构应力状态的影响。结果表明,温度变化对衬砌结构的应力状态会产生比较大的影响,当温度升高时,衬砌中的温度压应力也随之增大;且温度相同时衬砌内侧受到的影响更大。     

基于数值流形方法的地下厂房顶拱喷混凝土开裂成因机制分析

喷混凝土是地下洞室围岩的重要初期支护结构之一。针对丰宁抽水蓄能电站地下洞室的顶拱喷混凝土开裂问题,本文在围岩地质条件和监测数据分析的基础上,采用适于岩石不连续变形问题分析的数值流形方法,对喷混凝土的开裂成因机制进行了研究。首先,基于地质条件和监测数据分析,发现地下洞室顶拱喷混凝土开裂较严重的区域,主要集中在表层围岩变形较大区域,并从荷载效应和围岩变形特性角度,定性分析了喷混凝土开裂原因。其次,在数值流形法中引入节理单元的本构关系,实现了连续体的粘结-开裂过程的模拟。最后,将所提数值方法应用于顶拱喷混凝土开裂的定量分析。计算结果表明,围岩不连续变形将导致喷混凝土承担的弯曲荷载增大,并在荷载值达到喷混凝土的承载极限时发生开裂,进而揭示了岩体结构控制型地下洞室的顶拱喷混凝土层的开裂机理。