目錄
前言
1 高巖溫隧洞的工程背景與研究現狀 1
1.1 引言 1
1.2 高巖溫對地下洞室圍巖穩(wěn)定及支護結構的影響 2
1.2.1 高巖溫隧洞（道）現狀 2
1.2.2 隧洞溫度場研究現狀 6
1.2.3 引水隧洞內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題 11
2 高巖溫引水隧洞的溫度場特性 14
2.1 隧洞溫度場基本理論 14
2.2 高巖溫隧洞未支護條件下傳熱解析解及參數影響 17
2.2.1 毛洞溫度場的基本假定及控制方程 17
2.2.2 方程求解 18
2.2.3 未支護條件下高溫隧洞傳熱特性及參數影響分析 22
2.3 高巖溫隧洞支護措施下傳熱解析解及參數影響 25
2.3.1 隧洞與支護結構溫度場的基本假定及控制方程 26
2.3.2 方程求解 28
2.3.3 支護條件下高溫隧洞傳熱特性及參數影響分析 35
2.4 高巖溫隧洞溫度場原位試驗結果與分析 44
2.4.1 原位試驗設計 44
2.4.2 高巖溫隧洞溫度測試 46
2.4.3 隧洞施工期溫度場變化規(guī)律分析 52
2.4.4 運行期溫度場變化規(guī)律 56
2.4.5 檢修期溫度場變化規(guī)律 66
2.5 高巖溫引水隧洞溫度場解析分析 73
2.5.1 隧洞圍巖與支護結構溫度場解析 73
2.5.2 復合襯砌模型溫度解析與實測對比 82
2.6 小結 87
3 高巖溫引水隧洞與支護結構熱力學參數與邊界條件 92
3.1 數值仿真試驗研究思路與方法 92
3.2 高巖溫隧洞與支護結構受力的參數影響 94
3.2.1 巖石相關參數隨溫度變化對支護結構受力的影響 94
3.2.2 支護材料特性隨溫度變化對支護結構受力的影響 99
3.2.3 圍巖及支護結構參數均隨溫度變化時支護結構受力分析 103
3.3 支護結構與圍巖黏結條件對支護結構受力影響分析 105
3.3.1 高溫條件下支護結構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強度室內試驗 106
3.3.3 接觸面不同狀態(tài)對支護結構受力影響分析 106
4 高巖溫引水隧洞的溫度應力特性 110
4.1 高溫差下隧洞圍巖與支護系統溫度應力現場試驗 110
4.1.1 現場試驗布置 110
4.1.2 試驗內容 110
4.1.3 不同隔熱材料對襯砌應力影響分析 116
4.1.4 不同工況下不同隔熱層襯砌環(huán)向應力分析 117
4.1.5 不同工況下不同襯砌徑向應力分析 124
4.1.6 襯砌裂縫成因分析 130
4.1.7 無襯砌設計時噴層應力測試與分析 131
4.1.8 無襯砌設計時噴層應變測試與分析 153
4.1.9 無襯砌方案隧洞溫度-應力耦合規(guī)律研究 158
4.2 高溫差下襯砌結構熱應力模型試驗 165
4.2.1 模型試驗方案設計 165
4.2.2 溫度加載方法及方案 171
4.2.3 數據測量及記錄 173
4.2.4 試驗結果分析 177
4.2.5 小結 192
4.3 高溫差下隧洞與襯砌結構溫度應力數值仿真試驗 193
4.3.1 數值分析邊界條件 194
4.3.2 Ⅲ圍巖洞段支護受力分析 197
4.3.3 Ⅳ類圍巖高溫洞段隧洞與襯砌受力分析 227
4.3.4 Ⅴ類圍巖與襯砌結構受力分析 266
4.3.5 噴層結構替代襯砌結構的可行性分析 283
4.3.6 小結 295
5 高巖溫引水隧洞在內水壓力下支護結構溫度-應力耦合機制 297
5.1 隧洞圍巖與襯砌TM 準耦合解析解分析 297
5.1.1 隧洞無襯砌支護下溫度場、應力場耦合機制分析 297
5.1.2 隧洞襯砌支護下溫度場、應力場耦合機制分析 301
5.1.3 隧洞與支護結構溫度場、應力場耦合求解的“微步開挖模型” 319
5.1.4 不同荷載對襯砌TM 耦合影響分析 321
5.1.5 現場實驗結果 328
5.2 內水及溫度荷載作用下的支護結構受力解析解分析 331
5.2.1 內水荷載作用下支護結構解析解 331
5.2.2 內水及溫度共同作用下的應力分析 333
5.2.3 算例分析 333
5.3 內水及溫度荷載作用下圍巖與支護結構有限元分析 336
5.3.1 瞬態(tài)溫度、應力耦合分析 336
5.3.2 內水荷載下的應力分析 338
5.3.3 溫度荷載及內水荷載疊加下應力分析 338
5.4 高巖溫引水隧洞支護設計原則 340
5.4.1 基本原則 340
5.4.2 具體設計與施工措施建議 341
5.5 小結 343
6 高巖溫引水隧洞的噴層與襯砌混凝土結構抗高溫特性 345
6.1 高巖溫對混凝土的影響 345
6.1.1 高巖溫對纖維混凝土的影響 345
6.1.2 高溫下噴層混凝土的抗折強度變化規(guī)律及機理 350
6.1.3 不均勻溫度場養(yǎng)護條件下噴層混凝土的強度特征 354
6.1.4 不均勻溫度梯度下噴層的熱應力特征 358
6.1.5 熱應力作用下的噴層抗拉強度 367
6.1.6 不均勻溫度梯度下混凝土強度劣化機理分析 375
6.2 襯砌混凝土在反復溫度梯度與干濕循環(huán)條件下的強度特征 377
6.2.1 試驗方案 377
6.2.2 試驗結果分析 378
7 布侖口—公格爾水電站高巖溫引水隧洞設計實例 387
7.1 工程概況 387
7.2 噴層支護方案 388
7.2.1 Ⅱ類花崗巖高溫洞段 388
7.2.2 Ⅲ類圍巖高溫洞段 388
7.3 二次襯砌方案 391
7.3.1 Ⅲ類圍巖高溫洞段 391
7.3.2 Ⅳ類圍巖高溫洞段 392
7.4 工程設計 393
7.4.1 基本原則 393
7.4.2 推薦設計方案 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 結語 400
參考文獻 407