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本文对高地温隧洞进行了系统研究,采用反演现场实测温度的方法得到了主要岩土体材料的热学参数,并对反演计算方法进行了可靠性验证,结果表明反演分析运用于计算材料的热学参数是可行的;对初始岩温分别为40℃、55℃、70℃时,隧洞开挖后围岩温度重分布特点进行深入分析总结,计算结果表明围岩温度场的变化规律表现为在一定深度范围内,围岩温度降低的幅度和降低的速率均随着径向深度的增加和时间的推移而减小,当径向深度超过3倍洞径后不再改变;结合温度场重分布特点进行热力耦合研究,发现热力耦合情况下,洞周浅部约2m范围围岩位移趋势变化明显,由向洞内的收敛变形变为向洞外的扩张,但超过此深度后,位移方向不变,初始岩温越高,围岩位移改变量越大,但最大位移均发生在径向深度5m处。 热力耦合情况下,洞周围岩均表现为受拉状态,而且越是靠近开挖面,受拉越严重;初始岩温越高,围岩第一主应力越大,而且最大拉应力出现的位置有所不同,当初始岩温40℃时,最大拉应力出现在边墙和拱顶局部,初始岩温55℃时,最大拉应力出现在边墙和仰拱局部,初始岩温70℃时,洞周拉应力均达到最大,随着径向深度的增加,拉应力逐渐减小;最后以齐热哈塔尔引水隧洞高地温问题为依托,结合其工程地质和温度概况,采用Zsoil软件对本工程引水隧洞在最不利情况即初始岩温70℃时进行了热力耦合计算,详细研究了本隧洞温度在经历初始高岩温-通风降温-热平衡-通水降温-热平衡的过程中围岩温度场分布及不同支护形式下的结构变形和受力特点,探讨了隧洞支护结构在反复温度荷载下的变形规律,计算发现:两次降温作用加剧了围岩向临空面的变形;隧洞完成初支后,及时安装二衬对开挖后的围岩松动圈起到很好的支撑作用,有利于围岩稳定;热力耦合作用下,仅仅只有初期支护时,洞周围岩最大主应力位于仰拱及拱脚局部范围内,不满足现有水电工程规范中对于喷射混凝土的抗拉强度要求;考虑温度与内水压力共同作用时,围岩最大主应力和最小主应力均超过规范要求,因此仅仅施做初期支护对于隧洞的长期运行是不安全的;施做二衬后,二衬与初支接触位置围岩最大主应力的最大值减小到1.3MPa,最小主应力的最大值减小到13.9MPa,此时抗拉压强度均满足安全运行的要求,因此隧洞开挖完成后不仅要尽快完成初支的施工,还应该尽快准备二衬的施工;反复温度作用可能使围岩产生新的疲劳损伤破坏。 隧洞开挖本身强烈的卸荷效应,会造成岩体的损伤,而反复的温度荷载作用会加重岩体损伤程度,使得岩体力学性能发生劣化,因此设计与施工中需要考虑二次降温的影响,对特殊部位进行适当的加强处理。