基于高地温引水隧洞的温度场数值模拟研究

本文结合能量传输方程,采用k-ε紊流模型,考虑温度场和流场的相互作用,并根据工程实际数据和环境状况,建立了三维引水隧洞水温预测模型。应用FLUENT计算软件对拟通水的齐热哈塔尔水电站引水隧洞的水温变化情况进行预测。通过与岷江映秀湾水电站有压引水隧洞进出口水温原型观测数据作对比,验证所用数学模型具有较高的可靠性。预测结果表明,由于引水隧洞高地温问题十分严重,过洞水流的温度有一定增加。基于模型的建立基础,预测结果准确可靠,为建设工程和下游水环境保护提供了科研依据。     

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。     

布仑口—公格尔水电站发电引水隧洞高地温洞段爆破技术研究

高地温是布仑口—公格尔水电站发电引水隧洞特殊的地质条件特点,实测掌子面最高环境温度67℃、钻孔内最高温度82℃,为国内罕见的高地温条件下的隧洞工程,通过布仑口—公格尔水电站发电引水隧洞的安全爆破现场实践,详细介绍了该高地温洞段施工采用的安全爆破技术,现将其撰写出来,希望能给其它同类的工程参考和借鉴。     

引水隧洞进口明满流数值模拟

以雪山水库引水坝调洪演算成果和工程投资估算为依据,拟定引水隧洞断面尺寸和引水坝水位,校核水位2 449.99m时,引水隧洞出现了明满交替流流态。采用有限体积法,运用计算流体力学数值模拟软件FLUENT对不同进水口型式的引水隧洞进口段进行数值模拟。在此基础上,比较引水隧洞在明满流流态下不同进水口型式的洞内脉动压强和水流速度沿水流方向变化情况,分析得出喇叭型进水口可更好的改善过流条件,减小明满流的不利影响。     

发电引水隧洞高地温洞段施工降温技术

新疆公格尔-布仑口水电站发电引水隧洞高地温洞段实测掌子面最高环境温度67℃、钻孔内最高温度82℃,为国内罕见的高地温条件下的水工隧洞工程,本文分析了高地温产生的原因,简要介绍了国内外高地温隧洞(隧道)工程现状及应对措施,并着重阐述了高地温隧洞以通风为主、辅助低温冷水综合降温技术,可供类似工程参考.     

引水隧洞洞段围岩稳定性数值模拟

在隧洞工程中,围岩的稳定性和支护的作用效果一直是非常重要的问题.本文以新疆某输水隧洞为例,建立有限元计算模型,利用FLAC3D对引水隧洞开挖及支护后的应力和位移特征进行计算分析,为地下洞室工程的围岩稳定性评价和支撑结构计算及工程施工提供指导及借鉴.     

高地温对隧洞开挖施工的影响及其处理措施

以新疆布仑口-公格尔水电站发电引水隧洞高地温洞段开挖为例,介绍高地温对隧洞开挖施工的影响及高地温隧洞开挖的处理措施,总结施工管理中的经验,对类似地质条件下隧洞开挖施工有一定的指导意义.     

高地温水工隧洞节理围岩温度场及塑性区特性研究

高温效应及其围岩节理结构特征对隧洞稳定的影响是高地温隧洞设计的关键问题。文章基于高地温隧洞现场温度及位移数据,分析高地温隧洞节理围岩温度变化特性。同时采用离散元方法模拟不同高温、不同节理结构特征隧洞围岩温度场、位移场规律及塑性区分布范围。结果表明：相对于完整围岩,节理围岩减少了隧洞围岩变温区的面积,并且节理倾角越靠近水平方向或竖直方向对温度场的影响越大。节理围岩在一定程度上可阻止变形位移量。热力耦合作用下节理围岩塑性区面积仅是地应力作用下塑性区面积的2倍左右,且节理倾角与竖直方向夹角越小,节理围岩的塑性区面积越大。当节理倾角为90°时,节理围岩的塑性区面积最大。     

基于数值模拟对深埋引水隧洞地震响应研究

以某城市某项目引水隧洞为研究对象,以构建的深埋引水隧洞的地震响应进行数值模拟研究为基础,通过控制变量,分析不同条件下岩体的力学特性,建立其本构关系模型。同时,分析模型情况,并在动静荷载作用下研究其岩体的具体破坏情况。结果表明,通过建立数值模拟本构关系模型,其本构关系曲线主要为直线弹性-脆性下降-理想状态3个阶段,同时考虑以应变、围压以及破坏效应为主要基础。引水隧洞经受地震条件作用时,响应过程与深埋应力结构具有差异。通过分析静动条件下引水隧洞地震响应情况,从不同轴压、围压条件以及峰值、荷载作用时间4个变量对引水隧洞的地震响应情况进行探讨。应力状况会随着轴压变大而变大,随着围压变大而变小。并且当荷载作用时间不变时,峰值荷载越小,其应力越小;当地震峰值荷载不变时,荷载作用时间越长,其应力越大。     

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...     

高地温水工隧洞围岩喷层结构承载特性研究

为研究水工隧洞在高地温复杂环境下喷层结构的受力特性,以新疆某高地温引水隧洞为依托,采用理论分析和数值模拟的方法,对高地温引水隧洞喷层结构的受力特性进行了研究,并分析了线膨胀系数、围岩不同深度温差以及地应力水平侧压力系数对隧洞喷层结构受力特性的影响。由计算结果可知:在高地温情况下,理论计算的径向压应力最大值为2.07 MPa,环向压应力最大值为35.37 MPa;数值模拟的径向压应力最大值为4.36 MPa,环向压应力最大值为34.37 MPa。通过对比发现:理论计算的径向位移最大值为1.2 mm,环向位移最大值为0.75 mm;数值模拟的径向位移最大值为2.1 mm,环向位移最大值为0.95 mm。数值模拟的结果表明:隧洞围岩喷层结构承受的应力随着线膨胀系数增加会增大;喷层的拱顶与拱底处承受的环向应力随着温差的增加会增大,喷层的拱腰处承受的环向应力随着温差的增加会减小;喷层结构承受的应力随着地应力水平侧压力系数的增加会增大。     

高地温隧洞喷射混凝土粘结强度及其有限元分析

针对在高地温隧洞中喷射混凝土和岩壁间粘结强度的问题,采用模拟现场试验的方法,对不同温度的岩板喷射混凝土,在恒定的温度下养护28 d龄期,通过钻芯拉拔试验测得喷射混凝土与岩板的粘结强度。再对混凝土岩板进行模拟隧洞过水试验,过水完成后再次测定混凝土与岩板的粘结强度,最后利用大型有限元软件ANSYS对混凝土岩板温度场进行模拟,得出相应的应力分布与试验结果进行对比。结果表明:过水前,喷射混凝土与岩板间的粘结强度随着温度升高而降低;过水后,随着温度逐渐升高,喷射混凝土与岩板的粘结强度降低幅度逐渐增大。     

高地温条件下深埋隧洞围岩温度—应力分析及施工对策

以位于西昆仑山区的齐热哈塔尔水电站引水发电隧洞高地温洞段为例,初步分析了工程区隧洞高地温洞段大地热流背景及其形成机理,针对隧洞围岩的高地温分布特征,建立典型高地温洞段地质模型,利用有限元软件模拟隧洞施工贯通通水后的围岩岩体温度场,并由此来推断热应力对于围岩稳定性的影响。结果表明,围岩温度90℃以上、空气温度50℃以上的高地温洞段,内外温差大于10℃(里低外高),若采用无衬砌和一次支护方案对高地温洞段围岩进行支护,该洞段内大部分区域的最大主拉应力将超过C25混凝土的抗拉强度,易产生整体拉裂破坏;若采用钢筋混凝土衬砌结构方案,则可以通过增加衬砌结构的配筋量来降低其最大主应力值,此时隧洞围岩及衬砌结构均未出现整体拉裂破坏。研究成果能够为保证该高地温隧洞的安全运行提供可靠的设计依据。     

超高地温条件下引水隧洞施工关键技术探讨

娘拥水电站引水隧洞全长15 406 m,马蹄型断面。在1#支洞及该支洞下游主洞开挖过程中遭遇了高地温围岩,最高岩体温度高达86℃,高地温段洞室长度长达400 m。基于高地温隧洞施工实践,从降低洞内环境温度、钻爆开挖控制、初期支护措施等关键因素着手对高地温隧洞施工关键技术进行了探讨。     

帕米尔高原高地温地质条件下的洞室开挖施工技术

帕米尔高原具有特殊的地理和地质条件,高地温是布仑口—公格尔水电站工程比较特殊的地质特点,洞室开挖施工非常困难。通过谨慎的探索,采取降低工作环境温度的措施和确保安全爆破的技术对高地温洞室段进行控制开挖,取得了一些经验性的方法,可作为同类问题处理的借鉴。     

龙抬头式放空洞有压段体型优化 三维数值模拟研究

本文建立了放空洞水流三维k-e紊流数学模型,通过对多个库水位工况下水流数值模拟 结果的泄流量与水工模型试验结果进行了比较,验证了数学模型的可靠性。通过数值模拟方法对 放空洞检修闸收缩段和龙抬头竖弯段进行了优化。研究结果表明:加长收缩段长度和提高收缩段 进口高度可使壁面压力分布显著改善,并且在导流闸出口两侧采用内圆弧也可使收缩段进口两侧 局部压力分布改善。     

布仑口-公格尔水电站发电洞高地温洞段施工降温措施

布仑口-公格尔水电站工程引水隧洞施工过程中2#、3#和4#施工支洞发现高地温,通过委托降温设计及现场试验,最终确定采用以通风为主,辅助低温冷水综合降温技术.实施后,降温效果良好.     

单裂隙水流作用下岩体稳定温度场理论模型与有限元数值模拟

建立了单裂隙岩体的几何模型,在不考虑热对流、热辐射的前提下用岩体导热微分方程描述了裂隙岩体稳定温度场分布及定解条件,并进行了理论方面的分析;给出了岩体导热偏微分方程的有限元描述,应用FEPG软件对裂隙岩体二维稳定温度场分布进行了数值模拟。模拟结果表明:由于和裂隙水流发生了热量交换作用,裂隙岩体温度场也随之发生变化;裂隙岩体和裂隙水流温度相差越大,温度等值线越密集,岩体温度场变化越大,热量传递越快。