高地温引水隧洞围岩热——应力耦合分析

针对新疆某高地温环境下的圆形隧洞,采用有限元分析程序,分别对不同围岩半径下的温度场分布进行模拟,并以不同围岩半径下围岩与支护接触面处的温度作为围岩合理计算范围取值的参考,结合有关理论分析的结果,确定出围岩最佳计算半径。在此基础上进一步研究隧洞施工期围岩温度、应力和位移场在热—应力耦合作用下的分布问题。研究结果表明,当围岩外部温度为80℃、隧洞内部温度为5℃时,隧洞开挖后考虑温度和应力共同影响下的围岩最佳计算半径为24 m。隧洞围岩温度沿围岩厚度方向呈非线性递增变化。与常温(20℃)情况相比,高地温的存在会使隧洞围岩最大主应力减小,同时也会在隧洞拱顶和底拱处产生拉应力。     

温度-应力耦合模型的引水隧洞开挖方式选择

高岩温对地下洞室工程的围岩结构稳定存在重要影响。文章以辽宁省观音阁输水工程高岩温洞段为例,利用基于温度-应力耦合模型的有限元模拟计算的方式,对不同开挖方式下的围岩应力场和塑性区进行数值模拟。根据模拟结果,建议研究洞段采用分层开挖方式进行施工并对拱腰围岩尽早进行加固处理。     

高地温引水隧洞隔热支护结构温度及应力特性分析

以解决高地温特殊环境下引水隧洞支护结构隔热保温问题及优化支护结构设计为目标,研究高地温引水隧洞不同隔热支护结构聚苯乙烯泡沫聚苯板(EPS)、聚苯乙烯泡沫挤塑板(XPS)的温度分布规律及受力特性,以新疆某水电站引水隧洞为研究对象,基于隧洞现场监测试验成果,采用有限元软件对支护结构的温度场和应力场进行模拟。结果表明:采用隔热层能减少温度对围岩和支护结构温度分布的影响;高地温隔热支护结构中隔热选材必须具有良好的保温隔热性能和一定的强度;EPS板两侧温差比XPS板两侧温差大2.11℃;相较XPS复合衬砌和普通混凝土衬砌, EPS复合衬砌内外温差最小,EPS复合支护结构隔热性能最好;三种衬砌结构拱顶处环向应力均最大,相比之下EPS复合衬砌环向应力最小,其值为0.40 MPa,EPS复合支护结构受力特性最好。对比分析结果表明,支护结构隔热选材上EPS板性能优于XPS板。     

反复温度-应力耦合作用下引水隧洞变形特征

深埋引水隧洞在通过高地温区域时,伴随着开挖卸荷—通风降温—通水运行的全过程,隧洞围岩将经历反复的温度-应力耦合作用,使得围岩的变形破坏更为复杂。对齐热哈塔尔水电站深埋引水隧洞高地温洞段进行三维数值分析,详细研究了围岩在经历开挖、两次降温以及内水压力共同作用的全过程变形特征,比选了衬砌设计方案。结果表明:温度对围岩径向深度5 m范围内影响很大,此范围内围岩在经历反复温度-应力耦合作用后,不仅位移明显增大,而且可能会加重岩体损伤程度,但一定的内水压力有利于围岩稳定;施做二次衬砌能控制围岩变形,使原本隆起的拱脚变为下沉,但是仅通过增加二次衬砌厚度来抑制围岩变形和改善衬砌应力的作用是有限的。     

应力-渗流耦合下衬砌天角潭引水隧洞围岩承载作用分析

针对应力-渗流耦合作用下衬砌隧洞围岩承载作用,以天角潭引水隧洞为基础,对隧道钢筋混凝土衬砌受力敏感性进行研究,分析围岩等级对衬砌裂缝宽度和受力的影响,同时探讨单双层钢筋、衬砌厚度以及隧洞洞径大小对高压隧洞钢筋混凝土衬砌受力的影响规律,为工程实践衬砌设计分析提供借鉴。     

高地温影响下的水工隧洞围岩应力变形规律分析

针对高地温环境下的水工隧洞,从平面空间角度出发,对不同方位路径、围岩深度、温度变化、地层深度、侧压力系数影响下的隧洞围岩应力变形特征进行研究.结果表明:隧洞开挖面处径向应力为零,离开挖面越远围岩径向应力就越大,隧洞开挖后围岩位移最大值位于拱顶处.围岩深部温度变化会对开挖面位移产生较大影响,对隧洞拱顶及洞底位移的影响尤其...     

高地温引水隧洞衬砌结构温度应力现场监测与数值模拟

为研究高地温引水隧洞支护结构的受力特性,利用有限元数值模拟对现场监测成果进行了分析论证。结果表明,施工期由于温度差异,最大拉压应力量值均较小,最大拉、压应力分别在0.67、0.45 MPa左右;运行期由于过水温度较低,全断面产生拉应力,最大拉应力在3.5 MPa左右;检修期由于隧洞排水,温度回升,由运行期的拉应力开始逐渐转化为压应力,最大压应力在0.35 MPa左右。     

电站引水隧洞围岩衬砌应力分析

文章以某水电站圆形截面引水隧洞为分析对象,基于有限差分法,利用数值模拟软件FLAC3D分析了运营期、检修期和施工期3种工况条件下,引水隧洞应力分布状况和岩体变形特征以及衬砌受力和位移情况,避免围岩变形过大、衬砌被破坏等,保证引水隧洞工程的安全与经济,为将来工程设计提供有价值的参考。     

基于对流-导热耦合模型的寒区水工隧洞围岩温度-应力耦合分析

为研究不同环境条件下水工隧洞围岩瞬态温度-应力耦合场的分布特性及变化规律,以新疆某寒区水工隧洞为依托,基于M-C本构模型,采用有限元仿真计算,对不同自然通风温度和不同风速下水工隧洞洞口及洞中位置围岩温度-应力耦合场进行系统分析.结果表明,隧洞洞中位置的温度高于洞口,自然通风时洞中位置产生的温差大于洞口位置;由温差产生的...     

高地应力环境下引水隧洞软弱围岩稳定性分析

以实际深埋软岩引水隧洞施工为背景,在对导致大变形的围岩压力性质认识和力学行为分析的基础上,结合室内实验、数值模拟手段、施工变形监测数据和围岩—衬砌接触压力现场试验,研究了隧洞开挖后洞周位移分布特征、围岩变形和支护受力随时间发展规律。研究结论表明:(1)大主应力方向为垂直方向的高地应力环境中,隧洞软岩大变形以挤压型变形为主;(2)开挖面和二衬对约束隧洞空间位移分布具有重要作用;(3)软弱围岩变形发展和支护受力具有明显的流变特性和时间效应,及时施加二衬能有效限制流变变形的发展。在研究基础上提出了一些施工中有益于控制围岩稳定性的建议。     

高地温引水隧洞围岩与喷层结构热力学参数敏感性分析

以新疆某水电站引水隧洞高地温段为研究对象,以现场监测获得的环向应力、温度数据为基础,对围岩和喷层结构的热力学参数(导热系数、比热、对流系数和线膨胀系数)与喷层环向应力的关系进行了分析,并采用参数敏感性分析法,研究围岩与喷层热力学参数对喷层应力的敏感性。结果表明,围岩和喷层的热力学参数对喷层拱顶环向应力的敏感度排序为:喷层线膨胀系数喷层导热系数围岩的导热系数对流系数围岩的线膨胀系数围岩的比热喷层的比热,拱顶环向应力对喷层线膨胀系数、喷层导热系数、围岩导热系数、对流系数比较敏感,而对围岩线膨胀系数、围岩比热和喷层比热不敏感。     

那板电站引水隧洞围岩应力分析

一基本情况 (一)建筑物基本情况那板电站位于广西左江支流——明江上游上思县(?)。六十年代初期迪成大坝与溢洪辺,1972年迪成1号机组。1974年6月开始扩迪2、3、4号机组厂房及其引水系统,1977年12月造成并网投产。电站装机容量4台共12,600千瓦。新迠的引水系统是一个供发电和在特殊恃况下放空水库两用的元形有压隧洞。全长432.5     

丹巴水电站引水隧洞开挖期围岩流变分析

依托丹巴水电站引水隧洞开挖工程,考虑隧洞不同深度围岩的受力特点将围岩进行分区,把加载流变试验和卸载流变试验参数分别赋入,计算得到了隧洞围岩衬砌的弯矩与轴力分布,可作为衬砌厚度及配筋设计等方面的参考要素。给出了80%、85%预留量条件下的衬砌所受轴力,各向同性与横观各向同性本构计算出的最危险工况内力叠加,以便在考虑流变条件下的衬砌厚度选取。     

软弱围岩引水隧洞初期开挖稳定性研究

软弱围岩隧洞在引水隧洞中比较普遍,隧洞开挖后围岩的稳定性对于施工安全有着重要的意义。结合浅埋隧洞围岩稳定性理论,利用数值模拟软件,针对具体工程建立二维数值模型,对隧洞开挖进行模拟;分析在整个开挖过程中围岩竖直位移和水平位移以及围岩应力特征。结果表明,大断面浅埋隧洞在VI级围岩下最不稳定,需要重点监测,以保证其稳定性。研究结果对软弱围岩隧洞开挖稳定性具有一定指导意义。     

引水隧洞围岩开挖施工技术及力学模拟分析

针对流域梯级电站引水隧洞建立三维有限元模型,计算该隧洞施工开挖支护阶段的应力变形,分析隧洞洞室及围岩的结构稳定性,所得成果可为引水工程隧洞施工提供一定的参考。     

高地温引水隧洞围岩与喷层结构热力学参数敏感性分析北大核心

以新疆某水电站引水隧洞高地温段为研究对象,以现场监测获得的环向应力、温度数据为基础,对围岩和喷层结构的热力学参数(导热系数、比热、对流系数和线膨胀系数)与喷层环向应力的关系进行了分析,并采用参数敏感性分析法,研究围岩与喷层热力学参数对喷层应力的敏感性。结果表明,围岩和喷层的热力学参数对喷层拱顶环向应力的敏感度排序为:喷层线膨胀系数>喷层导热系数>围岩的导热系数>对流系数>围岩的线膨胀系数>围岩的比热>喷层的比热,拱顶环向应力对喷层线膨胀系数、喷层导热系数、围岩导热系数、对流系数比较敏感,而对围岩线膨胀系数、围岩比热和喷层比热不敏感。     

温度影响下水电站引水隧洞围岩参数试验研究

为了分析岩体热力学参数随温度的变化机制,以某引水隧洞花岗岩为研究对象,通过室内试验分别对岩石的导热系数、比热、热膨胀系数、弹性模量和泊松比等主要热力学参数进行了量测,并对其变化机制进行分析。研究结果表明:(1)花岗岩导热系数随温度变化呈近似抛物线形式,临界温度约为20℃,且低温对导热系数的影响程度较高温时大;(2)在温度变化的条件下,花岗岩比热和热膨胀系数均随温度的升高而增大,具有很好的线性相关性;(3)花岗岩弹性模量随温度的升高大致呈负指数降低;(4)花岗岩泊松比随温度的升高而增大,具有很好的线性相关性;(5)岩石随着温度的变化存在四种效应,即冰融蒸发效应、热胀效应、矿物质变质效应、内部黏结强度减弱效应。     

丹巴水电站引水隧洞开挖期围岩流变分

依托丹巴水电站引水隧洞开挖工程,考虑隧洞不同深度围岩的受力特点将围岩进行分区,把加载流变试验和卸载流变试验参数分别赋入,计算得到了隧洞围岩衬砌的弯矩与轴力分布,可作为衬砌厚度及配筋设计等方面的参考要素。给出了80%、85%预留量条件下的衬砌所受轴力,各向同性与横观各向同性本构计算出的最危险工况内力叠加,以便在考虑流变条件下的衬砌厚度选取。     

高地温引水隧洞混凝土支护结构性能研究

针对高地温条件下的深埋长隧洞中混凝土支护结构性能问题,通过回归分析法研究温度模型和粉煤灰模型对混凝土强度的影响,结合不同温度养护条件下混凝土单轴压缩试验、抗拉试验得到不同强度规律的研究。试验结果表明,不考虑温度因素前提下,水泥含量、水灰比、砂率、粉煤灰4个因素中,粉煤灰成为混凝土强度形成的主要作用。混凝土单轴压缩试验,45℃~95℃的高温养护范围可以促进混凝土强度的增长;达到115℃时,混凝土强度明显低于标准养护条件下混凝土强度值。该试验结果准确,可为实际高地温隧洞中混凝土衬砌性能的研究提供借鉴。     

引水工程围岩TM耦合下应力位移场影响分析研究

为分析晋北水库引水隧洞围岩静力场受高地温影响特征,利用仿真计算平台研究了不同时间、不同温度下围岩拱顶应力位移场变化特征。围岩各距离特征点应力、位移随时间分别呈"降低-波动-稳定"、"缓增-陡增-稳定"两种三阶段变化特征,距离愈远时,特征点受围岩扰动及衬砌效应影响越弱,距离增大10m,可促进应力水平增大5.2%。温度升高,围岩主应力水平愈低,但温度与位移为正相关关系;热作用不影响衬砌效果,也不改变主应力与位移随时间变化态势,围岩位移进入稳定阶段时间节点在各温度下均一致,为第45天;其仅影响主应力与位移量值水平,温度增长15℃,导致主应力降低4.2%,位移增大10.6%。论文可为复杂环境下水工隧洞围岩开挖扰动影响研究提供一定参考。