高溫隧洞溫度場及裂紋對圍巖應(yīng)力影響的研究.pdf

1、高巖溫地區(qū)越來越多的長距離輸水過程中所遇到的隧洞內(nèi)低溫水與圍巖高溫所形成的高溫差下圍巖的溫度場分布、溫度應(yīng)力特征以及隧洞支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計等均是亟需解決的工程問題。本文根據(jù)布侖口-公格爾水電站高溫引水隧洞的高地溫問題，在前人工作的基礎(chǔ)上，首次將COMSOL軟件引入對高溫隧洞的研究中，對高溫隧洞圍巖以及支護(hù)的溫度場與應(yīng)力場進(jìn)行了分析，此外，借助大型有限元分析軟件ANSYS作為數(shù)值仿真分析平臺，分析了不同裂紋方向?qū)鷰r應(yīng)力場的影響，主要進(jìn)行的工

2、作可以歸納為以下幾個方面：
　　(1)利用COMSOL，軟件模擬了高溫隧洞沿長度方向的溫度場，分別討論了有通風(fēng)出口和無通風(fēng)出口溫度場，以期找到最佳對流換熱系數(shù)和最佳通風(fēng)出口位置。
　　(2)推導(dǎo)了穩(wěn)態(tài)下高溫隧洞無支護(hù)圍巖溫度場解析解和支護(hù)溫度場解析解，并與數(shù)值解作了對比；基于COMSOL對瞬態(tài)下圍巖導(dǎo)熱系數(shù)、通風(fēng)溫度以及初始巖溫對圍巖溫度場影響因素進(jìn)行了分析；詳細(xì)分析了混凝土與圍巖導(dǎo)熱系數(shù)對支護(hù)溫度分布規(guī)律的影響，混凝土與圍

3、巖導(dǎo)熱系數(shù)比值越小，支護(hù)內(nèi)外壁溫差越大。
　　(3)推導(dǎo)了高溫隧洞穩(wěn)態(tài)下無支護(hù)和有支護(hù)溫度應(yīng)力解析解，與數(shù)值解進(jìn)行了對比，基于COMSOL分析了瞬態(tài)下通風(fēng)溫度、線膨脹系數(shù)、圍巖導(dǎo)熱系數(shù)、彈性模量、初始巖溫以及通風(fēng)溫度對無支護(hù)圍巖溫度應(yīng)力的影響；對比分析了有、無高地溫地下洞室應(yīng)力場分布，在初始巖溫為80℃的高地溫下熱力耦合相較于無高地溫下圍巖應(yīng)力，最小主應(yīng)力減小了約29％；分析了不同斷面形式的圍巖耦合應(yīng)力分布；分析了不同支護(hù)厚度、不