建立高温-荷载作用下的岩石损伤本构模型,对于研究高地温特殊环境下水工隧洞围岩的热-力耦合特性至关重要。本文采用数值模拟与理论推导的方法,针对某一高地温环境下的水工隧洞,确定了隧洞开挖后温度场变化和应力场变化影响的区域范围大小,推导了有关温度诱发地下工程岩石损伤的力学响应模型,研究了不同工况条件下高地温水工隧洞围岩的力学响应特性。初步得到了如下一些结论:(1)高温水工隧洞围岩热-力(TM)耦合数值模拟。由开挖引起隧洞应力场的变化范围取值问题,可采用解析解给定的结果,即三至五倍的洞径;而对于由开挖引起的隧洞原岩温度场的变化范围取值问题,可通过研究围岩和衬砌结构接触面温度来确定,即接触面稳定温度所对应的围岩计算半径R。综合温度场变化和应力场变化影响的区域范围大小,最终可确定数值模型的计算范围。(2)高温诱发岩石损伤的演化方程及本构模型。荷载单独作用下的岩石本构模型能和有关试验结果取得较好的对照。各围压条件下的岩石应变-损伤演化曲线均呈平躺的倒“S”型,岩石应力-损伤演化曲线均呈平躺的“抛物线”型。温度-荷载共同作用下的岩石损伤应力-应变关系曲线峰前上升阶段和峰后下降段与有关试验曲线吻合较好。岩石在高温-荷载共同作用下的损伤演变过程具体分为初始段、过渡段和稳定段,由100℃、200℃、400℃、600℃高温引起的初始损伤依次为0.2、0.3、0.35、0.4,高温引起的岩石损伤主要集中在损伤演化的初始阶段,对于过渡段和稳定段影响较小。(3)基于高温诱发岩石损伤应变软化本构模型的水工隧洞围岩热-力(TM)耦合数值分析。热-力耦合作用下的圆形隧洞围岩,洞壁处应力明显集中,隧洞拱腰位置应力相比洞壁其他部位较大,其应力最大值为17MPa。隧洞开挖面及其附近岩体向洞内空间发生明显位移,且在拱顶处位移取得最大值。荷载及温度作用下的周边岩体塑性区最终延伸扩展为稳定的“蝶形”分布。在地下不同高温地段施工时,应考虑隧洞围岩深部温度对洞壁顶部、腰部及底部环向应力的影响。隧洞埋深越深,洞壁环向应力和位移都会增大,拱腰处环向应力变化趋势最为明显。侧压力系数对拱顶及拱底处的环向应力和拱腰及其附近位移的影响较为严重。侧压力系数增大时,拱顶、拱腰处变化最为剧烈,但拱腰及其附近变化较小。因此,针对各种不同的地下工程所处环境,须因地制宜,结合相应的研究成果采取合理的技术措施。