基于熱-水-力-損傷耦合模型的高地溫水工高壓隧洞圍巖承載特性數(shù)值模擬研究.pdf

1、當(dāng)前，隨著西部眾多深埋長(zhǎng)水工隧洞的興建，高地溫地質(zhì)災(zāi)害日益凸顯。高地溫條件下水工高壓隧洞運(yùn)行時(shí)受到溫度應(yīng)力、內(nèi)水壓力和地應(yīng)力的共同作用，圍巖受力條件復(fù)雜，而當(dāng)前水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范中關(guān)于高地溫隧洞的設(shè)計(jì)存在著空白，這將給高地溫水工高壓隧洞的設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營(yíng)帶來安全隱患，因此本文開展高地溫水工高壓隧洞圍巖承載特性的研究，為其設(shè)計(jì)、施工及安全運(yùn)營(yíng)提供理論支撐，通過研究，取的以下成果:
　　(1)針對(duì)高地溫水工高壓隧洞圍巖的力學(xué)行為特點(diǎn)，在

2、考慮巖體的滲透系數(shù)、熱傳導(dǎo)系數(shù)隨巖體損傷發(fā)生變化的基礎(chǔ)上，基于多物理場(chǎng)耦合理論，提出一種考慮硬巖強(qiáng)度力學(xué)參數(shù)（彈性模量E、粘聚力c、內(nèi)摩擦角ψ、抗拉強(qiáng)度σt）劣化的含損傷演化的熱-水-力-損傷(THMD)耦合模型，并給出了該模型的FLAC3D數(shù)值實(shí)現(xiàn)方法。將該模型用于模擬一高地溫水工隧洞物理模型試驗(yàn)，數(shù)值模擬結(jié)果與物理試驗(yàn)結(jié)果基本一致，從而驗(yàn)證了本文模型的可靠性，與現(xiàn)有的其他模型相比較，本文模型對(duì)于高地溫水工高壓隧洞的圍巖力學(xué)行為預(yù)測(cè)和

3、承載能力評(píng)價(jià)具有更好的適用性。
　　(2)利用本文THMD耦合模型推演了高地溫水工高壓隧洞圍巖多物理場(chǎng)耦合演化過程，研究結(jié)果表明隧洞充水運(yùn)行后，高地溫水工高壓隧洞的多場(chǎng)耦合效應(yīng)顯著，尤其高地溫梯度和高內(nèi)水壓力聯(lián)合作用下產(chǎn)生的迭加拉應(yīng)力對(duì)圍巖的承載安全具有不利影響，圍巖損傷場(chǎng)、滲流場(chǎng)、溫度場(chǎng)的演化規(guī)律上表現(xiàn)出一致性，裂縫處圍巖的損傷值較大，此處滲透壓力大于同一半徑的其余位置，溫度低于同一半徑的其余位置。
　　(3)利用本文耦合

4、模型對(duì)高地溫水工高壓隧洞的承載特性進(jìn)行研究，研究表明:①溫度梯度、巖體線膨脹系數(shù)、巖體彈性模量、內(nèi)水壓力越大，隧洞圍巖受到拉應(yīng)力越大，圍巖損傷程度與開裂深度越大，裂縫數(shù)量越多，且線膨脹系數(shù)與溫度梯度的影響效果相當(dāng);②初始地應(yīng)力側(cè)力系數(shù)對(duì)圍巖承載特性有著重要影響，當(dāng)隧洞橫斷面的側(cè)壓力系數(shù)趨向于1時(shí)，隧洞開挖后重分布應(yīng)力場(chǎng)較為均勻，洞周出現(xiàn)的宏觀裂縫較多且出現(xiàn)方位不確定，當(dāng)隧洞橫斷面?zhèn)葔毫ο禂?shù)小于1/3時(shí)，隧洞開挖后的重分布應(yīng)力場(chǎng)將在初始地