目錄
前言
1 高巖溫隧洞的工程背景與研究現(xiàn)狀 1
1.1 引言 1
1.2 高巖溫對(duì)地下洞室圍巖穩(wěn)定及支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響 2
1.2.1 高巖溫隧洞（道）現(xiàn)狀 2
1.2.2 隧洞溫度場(chǎng)研究現(xiàn)狀 6
1.2.3 引水隧洞內(nèi)外溫差下混凝土襯砌受力研究 10
1.3 高巖溫隧洞工程存在的問(wèn)題 11
2 高巖溫引水隧洞的溫度場(chǎng)特性 14
2.1 隧洞溫度場(chǎng)基本理論 14
2.2 高巖溫隧洞未支護(hù)條件下傳熱解析解及參數(shù)影響 17
2.2.1 毛洞溫度場(chǎng)的基本假定及控制方程 17
2.2.2 方程求解 18
2.2.3 未支護(hù)條件下高溫隧洞傳熱特性及參數(shù)影響分析 22
2.3 高巖溫隧洞支護(hù)措施下傳熱解析解及參數(shù)影響 25
2.3.1 隧洞與支護(hù)結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)的基本假定及控制方程 26
2.3.2 方程求解 28
2.3.3 支護(hù)條件下高溫隧洞傳熱特性及參數(shù)影響分析 35
2.4 高巖溫隧洞溫度場(chǎng)原位試驗(yàn)結(jié)果與分析 44
2.4.1 原位試驗(yàn)設(shè)計(jì) 44
2.4.2 高巖溫隧洞溫度測(cè)試 46
2.4.3 隧洞施工期溫度場(chǎng)變化規(guī)律分析 52
2.4.4 運(yùn)行期溫度場(chǎng)變化規(guī)律 56
2.4.5 檢修期溫度場(chǎng)變化規(guī)律 66
2.5 高巖溫引水隧洞溫度場(chǎng)解析分析 73
2.5.1 隧洞圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)解析 73
2.5.2 復(fù)合襯砌模型溫度解析與實(shí)測(cè)對(duì)比 82
2.6 小結(jié) 87
3 高巖溫引水隧洞與支護(hù)結(jié)構(gòu)熱力學(xué)參數(shù)與邊界條件 92
3.1 數(shù)值仿真試驗(yàn)研究思路與方法 92
3.2 高巖溫隧洞與支護(hù)結(jié)構(gòu)受力的參數(shù)影響 94
3.2.1 巖石相關(guān)參數(shù)隨溫度變化對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)受力的影響 94
3.2.2 支護(hù)材料特性隨溫度變化對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)受力的影響 99
3.2.3 圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)均隨溫度變化時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)受力分析 103
3.3 支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖黏結(jié)條件對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)受力影響分析 105
3.3.1 高溫條件下支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖間接觸條件的影響 105
3.3.2 高溫環(huán)境中混凝土與圍巖黏結(jié)強(qiáng)度室內(nèi)試驗(yàn) 106
3.3.3 接觸面不同狀態(tài)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)受力影響分析 106
4 高巖溫引水隧洞的溫度應(yīng)力特性 110
4.1 高溫差下隧洞圍巖與支護(hù)系統(tǒng)溫度應(yīng)力現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn) 110
4.1.1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)布置 110
4.1.2 試驗(yàn)內(nèi)容 110
4.1.3 不同隔熱材料對(duì)襯砌應(yīng)力影響分析 116
4.1.4 不同工況下不同隔熱層襯砌環(huán)向應(yīng)力分析 117
4.1.5 不同工況下不同襯砌徑向應(yīng)力分析 124
4.1.6 襯砌裂縫成因分析 130
4.1.7 無(wú)襯砌設(shè)計(jì)時(shí)噴層應(yīng)力測(cè)試與分析 131
4.1.8 無(wú)襯砌設(shè)計(jì)時(shí)噴層應(yīng)變測(cè)試與分析 153
4.1.9 無(wú)襯砌方案隧洞溫度-應(yīng)力耦合規(guī)律研究 158
4.2 高溫差下襯砌結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力模型試驗(yàn) 165
4.2.1 模型試驗(yàn)方案設(shè)計(jì) 165
4.2.2 溫度加載方法及方案 171
4.2.3 數(shù)據(jù)測(cè)量及記錄 173
4.2.4 試驗(yàn)結(jié)果分析 177
4.2.5 小結(jié) 192
4.3 高溫差下隧洞與襯砌結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力數(shù)值仿真試驗(yàn) 193
4.3.1 數(shù)值分析邊界條件 194
4.3.2 Ⅲ圍巖洞段支護(hù)受力分析 197
4.3.3 Ⅳ類(lèi)圍巖高溫洞段隧洞與襯砌受力分析 227
4.3.4 Ⅴ類(lèi)圍巖與襯砌結(jié)構(gòu)受力分析 266
4.3.5 噴層結(jié)構(gòu)替代襯砌結(jié)構(gòu)的可行性分析 283
4.3.6 小結(jié) 295
5 高巖溫引水隧洞在內(nèi)水壓力下支護(hù)結(jié)構(gòu)溫度-應(yīng)力耦合機(jī)制 297
5.1 隧洞圍巖與襯砌TM 準(zhǔn)耦合解析解分析 297
5.1.1 隧洞無(wú)襯砌支護(hù)下溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)耦合機(jī)制分析 297
5.1.2 隧洞襯砌支護(hù)下溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)耦合機(jī)制分析 301
5.1.3 隧洞與支護(hù)結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)耦合求解的“微步開(kāi)挖模型” 319
5.1.4 不同荷載對(duì)襯砌TM 耦合影響分析 321
5.1.5 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果 328
5.2 內(nèi)水及溫度荷載作用下的支護(hù)結(jié)構(gòu)受力解析解分析 331
5.2.1 內(nèi)水荷載作用下支護(hù)結(jié)構(gòu)解析解 331
5.2.2 內(nèi)水及溫度共同作用下的應(yīng)力分析 333
5.2.3 算例分析 333
5.3 內(nèi)水及溫度荷載作用下圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)有限元分析 336
5.3.1 瞬態(tài)溫度、應(yīng)力耦合分析 336
5.3.2 內(nèi)水荷載下的應(yīng)力分析 338
5.3.3 溫度荷載及內(nèi)水荷載疊加下應(yīng)力分析 338
5.4 高巖溫引水隧洞支護(hù)設(shè)計(jì)原則 340
5.4.1 基本原則 340
5.4.2 具體設(shè)計(jì)與施工措施建議 341
5.5 小結(jié) 343
6 高巖溫引水隧洞的噴層與襯砌混凝土結(jié)構(gòu)抗高溫特性 345
6.1 高巖溫對(duì)混凝土的影響 345
6.1.1 高巖溫對(duì)纖維混凝土的影響 345
6.1.2 高溫下噴層混凝土的抗折強(qiáng)度變化規(guī)律及機(jī)理 350
6.1.3 不均勻溫度場(chǎng)養(yǎng)護(hù)條件下噴層混凝土的強(qiáng)度特征 354
6.1.4 不均勻溫度梯度下噴層的熱應(yīng)力特征 358
6.1.5 熱應(yīng)力作用下的噴層抗拉強(qiáng)度 367
6.1.6 不均勻溫度梯度下混凝土強(qiáng)度劣化機(jī)理分析 375
6.2 襯砌混凝土在反復(fù)溫度梯度與干濕循環(huán)條件下的強(qiáng)度特征 377
6.2.1 試驗(yàn)方案 377
6.2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析 378
7 布侖口—公格爾水電站高巖溫引水隧洞設(shè)計(jì)實(shí)例 387
7.1 工程概況 387
7.2 噴層支護(hù)方案 388
7.2.1 Ⅱ類(lèi)花崗巖高溫洞段 388
7.2.2 Ⅲ類(lèi)圍巖高溫洞段 388
7.3 二次襯砌方案 391
7.3.1 Ⅲ類(lèi)圍巖高溫洞段 391
7.3.2 Ⅳ類(lèi)圍巖高溫洞段 392
7.4 工程設(shè)計(jì) 393
7.4.1 基本原則 393
7.4.2 推薦設(shè)計(jì)方案 393
7.4.3 配筋 396
7.5 高巖溫引水隧洞特殊施工措施 398
7.5.1 降溫方案確定 398
7.5.2 降溫方案優(yōu)選 399
8 結(jié)語(yǔ) 400
參考文獻(xiàn) 407