該研究以新疆某水電站高地溫引水隧洞為工程背景,針對(duì)高地溫所引起的高溫差問(wèn)題進(jìn)行研究。為實(shí)際工程在高溫差作用下的相關(guān)力學(xué)特性分析提供參考依據(jù)。通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)的方法研究了在高溫差作用下引水隧洞圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)熱力學(xué)參數(shù)隨溫度的變化規(guī)律,采用數(shù)值模擬方法,對(duì)圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)受力特性關(guān)于熱力學(xué)參數(shù)的敏感度進(jìn)行了研究,得出了各熱力學(xué)參數(shù)的敏感度,最后結(jié)合實(shí)際工程實(shí)測(cè)資料反演了在實(shí)際工況下圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)的熱力學(xué)參數(shù),為實(shí)際工程支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工提供了有益的參考。通過(guò)研究主要得出以下結(jié)論:(1)圍巖導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度變化近似呈拋物線(xiàn)形式,在達(dá)到臨界值時(shí)溫度大小約為20℃;等容等壓狀況下,巖樣比熱和熱膨脹系數(shù)均隨溫度的升高而增大,具有很好的線(xiàn)性相關(guān)性,比熱在100℃時(shí)較-40℃時(shí)增大46.80%,熱膨脹系數(shù)增大近10倍,泊松比隨溫度升高增大了16.60%;圍巖的彈性模量隨溫度的升高大致呈負(fù)指數(shù)降低,100℃時(shí)較-40℃時(shí)降低約25.52%。其中,在-20℃~100℃之間,彈性模量變化較小;隨著溫度的變化存在四種效應(yīng):冰融蒸發(fā)效應(yīng)、熱脹效應(yīng)、礦物質(zhì)變質(zhì)效應(yīng)、內(nèi)部粘結(jié)強(qiáng)度減弱效應(yīng)。(2)針對(duì)引水隧洞圍巖和噴層支護(hù)結(jié)構(gòu)熱力學(xué)參數(shù)隨溫度變化的敏感性問(wèn)題,基于溫度場(chǎng)、溫度應(yīng)力基本理論,以噴層內(nèi)外部溫度、關(guān)鍵部位環(huán)向應(yīng)力值等為目標(biāo)函數(shù),通過(guò)ANSYS熱力耦合模塊建立圓形洞室進(jìn)行數(shù)值分析,研究圍巖和噴層結(jié)構(gòu)線(xiàn)膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱,以及對(duì)流系數(shù)等7個(gè)影響因素的敏感性問(wèn)題。得出了熱力學(xué)參數(shù)變化對(duì)洞室不同部位應(yīng)力的影響,以及熱力學(xué)參數(shù)敏感程度由大到小依次是:噴層線(xiàn)膨脹系數(shù)、噴層導(dǎo)熱系數(shù)、圍巖導(dǎo)熱系數(shù)、對(duì)流系數(shù)、圍巖線(xiàn)膨脹系數(shù)、圍巖比熱等。(3)運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料與數(shù)值實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法,反演了引水隧洞圍巖和噴層支護(hù)結(jié)構(gòu)的熱力學(xué)參數(shù),同時(shí)對(duì)數(shù)值反演所得參數(shù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,證明了反演所得參數(shù)的可靠性,得出如下結(jié)論:根據(jù)地質(zhì)報(bào)告提供的巖石相關(guān)數(shù)據(jù),運(yùn)用數(shù)值試驗(yàn)得出導(dǎo)熱系數(shù)取值范圍為10~50 W/(m·℃),通過(guò)用鋼纖維段距洞壁3.5m測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)所得溫度值進(jìn)行溫度標(biāo)定,對(duì)比距洞壁0.5m圍巖計(jì)算溫度和實(shí)測(cè)溫度,反演圍巖的導(dǎo)熱系數(shù)為25 W/(m·℃);根據(jù)噴層過(guò)水時(shí)測(cè)量的水的溫度和巖體溫度,利用噴層內(nèi)外側(cè)溫度差值來(lái)反演噴層的導(dǎo)熱系數(shù)。最終反演的噴層的導(dǎo)熱系數(shù)為13 W/(m·℃);根據(jù)試驗(yàn)洞內(nèi)通風(fēng)變化情況反演出對(duì)流系數(shù)為60 W/(m~2·℃)。
【學(xué)位單位】：石河子大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TV554
【部分圖文】：

巖樣導(dǎo)熱系數(shù)大小隨溫度變化曲線(xiàn)

圖 2-1 巖樣導(dǎo)熱系數(shù)大小隨溫度變化曲線(xiàn)-1 Thermal conductivity of rock samples with temperatur出，導(dǎo)熱系數(shù)在溫度變化情況下的變化趨勢(shì)近段。導(dǎo)熱系數(shù)伴隨溫度升高而變大，增幅達(dá) 14度的繼續(xù)增加，導(dǎo)熱系數(shù)則相反減小，降幅達(dá)系數(shù)存在一個(gè)臨界溫度約為 20℃，且導(dǎo)熱系于低溫狀態(tài)時(shí)巖石中含有冰和水，冰的融化和存在此現(xiàn)象，且高溫破壞了巖石自身的導(dǎo)熱結(jié)樣比熱的影響的變化條件下，根據(jù)試驗(yàn)所測(cè)得巖樣的比熱變

圖 2-3 巖樣線(xiàn)膨脹系數(shù)大小與溫度變化曲線(xiàn)tion between coefficient of expansion of rock sample line 出，所取巖樣線(xiàn)膨脹系數(shù)隨著溫度的升高而升上升近 10 倍。線(xiàn)膨脹系數(shù)隨著溫度變化的關(guān)ε 0. 0448T 2.3576(R2=0.991) 巖石的線(xiàn)膨脹系數(shù)；T 為巖石的溫度。樣彈性模量的影響是分析圍巖力學(xué)性能的主要參數(shù)，反映在彈性到巖石試樣的彈性模量隨溫度變化關(guān)系去下，如

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2831023