引水隧洞围岩与支护结构热力学参数敏感性分析及其参数反演.pdf

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1、分类号：密级：公开学号：2015200911单位代码：10759石河子大学硕士学位论文引水隧洞围岩与支护结构热力学参数敏感性分析及其参数反演学位申请人李亚坤指导教师姜海波教授申请学位门类级别工学硕士学科、专业名称水工结构工程研究方向新型水工结构所在学院水利建筑工程学院中国·新疆·石河子2018年6月TheDiversionTunnelSurroundingRockandSupportStructureofThermodynamicParameterSensitivityAnalysisandParameterInversionADissertationSubmittedtoS

2、hiheziUniversityInPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofEngineeringByLiya-kun(PlantNutrition)DissertationSupervisor:Prof.JiangHai-boJune,2018本文是国家自然科学基金项目“高地温复杂环境下地下洞室岩体时效力学特性和锚固衬砌机理及其性能演化研究”的部分研究成果（项目编号：51769031）课题主持人：姜海波（石河子大学）石河子大学学位论文独创性声明及使用授权声明学位论文独创性声明本人所呈交的学位论文是在我导师的指导下进行

3、的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明并表示谢意。研究生签名：时间：2018年6月3日使用授权声明本人完全了解石河子大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学位论文在学校图书馆保存并允许被查阅。有权自行或许可他人将学位论文编入有关数据库提供检索服务。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。研究生签名：时间：2018年6月3日导师签名：时间：

4、2018年6月3日摘要该研究以新疆某水电站高地温引水隧洞为工程背景，针对高地温所引起的高温差问题进行研究。为实际工程在高温差作用下的相关力学特性分析提供参考依据。通过室内试验的方法研究了在高温差作用下引水隧洞围岩与支护结构热力学参数随温度的变化规律，采用数值模拟方法，对围岩与支护结构受力特性关于热力学参数的敏感度进行了研究，得出了各热力学参数的敏感度，最后结合实际工程实测资料反演了在实际工况下围岩与支护结构的热力学参数，为实际工程支护结构设计和施工提供了有益的参考。通过研究主要得出以下结论：（1）围岩导热系数随温度变化近似呈抛物线形式，在达到临界值时温度大小约为20℃；等容等

5、压状况下，岩样比热和热膨胀系数均随温度的升高而增大，具有很好的线性相关性，比热在100℃时较-40℃时增大46.80%，热膨胀系数增大近10倍，泊松比随温度升高增大了16.60%；围岩的弹性模量随温度的升高大致呈负指数降低，100℃时较-40℃时降低约25.52%。其中，在-20℃~100℃之间，弹性模量变化较小；随着温度的变化存在四种效应：冰融蒸发效应、热胀效应、矿物质变质效应、内部粘结强度减弱效应。（2）针对引水隧洞围岩和喷层支护结构热力学参数随温度变化的敏感性问题，基于温度场、温度应力基本理论，以喷层内外部温度、关键部位环向应力值等为目标函数，通过ANSYS热力耦合模块

6、建立圆形洞室进行数值分析，研究围岩和喷层结构线膨胀系数、导热系数、比热，以及对流系数等7个影响因素的敏感性问题。得出了热力学参数变化对洞室不同部位应力的影响，以及热力学参数敏感程度由大到小依次是：喷层线膨胀系数、喷层导热系数、围岩导热系数、对流系数、围岩线膨胀系数、围岩比热等。（3）运用现场实测资料与数值实验相结合的方法，反演了引水隧洞围岩和喷层支护结构的热力学参数，同时对数值反演所得参数与实测数据进行比较，证明了反演所得参数的可靠性，得出如下结论：根据地质报告提供的岩石相关数据，运用数值试验得出导热系数取值范围为10～50W/(m·℃)，通过用钢纤维段距洞壁3.5m测点实测

7、所得温度值进行温度标定，对比距洞壁0.5m围岩计算温度和实测温度，反演围岩的导热系数为25W/(m·℃)；根据喷层过水时测量的水的温度和岩体温度，利用喷层内外侧温度差值来反演喷层的导热系数。最终反演的喷层的导热系数为13W/(m·℃)；根据试验洞内通风变化情况反演出对流系数为60W/(m2·℃)。关键词：引水隧洞；围岩；支护结构；热力学参数；敏感性分析；参数反演IIIABSTRACTBasedonthebackgroundofahydropowerstationinXinjiang,theresearc