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压气储能地下洞室二衬预设缝参数优化研究
1
作者 张世殊 徐国庆 +1 位作者 夏才初 王升 《岩土力学》 北大核心 2025年第10期3208-3218,共11页
压气储能内衬地下洞室的混凝土衬砌在高内压下容易产生较宽的裂缝,导致裂缝宽度超出安全设计值,从而影响衬砌的安全。为应对这一问题,通常需要减小截面尺寸、增加衬砌配筋率和缩减储气压力,这不仅显著增加建设成本,也限制了储气能力。为... 压气储能内衬地下洞室的混凝土衬砌在高内压下容易产生较宽的裂缝,导致裂缝宽度超出安全设计值,从而影响衬砌的安全。为应对这一问题,通常需要减小截面尺寸、增加衬砌配筋率和缩减储气压力,这不仅显著增加建设成本,也限制了储气能力。为此,采用了一种通过释放衬砌环向位移来减小拉应力的预设缝衬砌结构,该结构可以提高围岩对衬砌的抗力,从而可以让围岩承担更多的荷载,充分发挥围岩自承载能力。依托实际工程建立了不同预设缝深度、位置和数量的二维数值模型,通过分析衬砌损伤因子和钢筋应力分布提出了最优的预设缝衬砌设计方案。研究结果表明:为有效释放衬砌应力,预设缝需贯通并切断钢筋;预设缝衬砌结构能够有效减少衬砌损伤和钢筋应力,尤其在接缝处15°范围内效果最为明显;应对称设置预设缝,以避免影响范围重叠导致远端钢筋应力增大;增加预设缝数量可缓解接缝处远端衬砌损伤;考虑到预设缝数量的增多会增加施工成本和难度且会降低衬砌本身的质量,在满足衬砌设计要求的情况下,当侧压力系数为0.39时预设6条贯通的对称缝是最优方案,当侧压力系数为1.5时预设4条贯通的对称缝是最优方案。 展开更多
关键词 压气储能 内衬式地下洞室 裂缝宽度 预设缝衬砌
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纤维增强柔性混凝土压气储能地下洞室力学响应研究 被引量：2
2
作者 鲁青云 徐英俊 +1 位作者 夏才初 刘少华 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期3566-3575,共10页
高内压作用下压气储能地下洞室极易开裂,严重威胁洞室稳定性和密封性。为充分传递内压荷载、增强洞室变形能力,发挥围岩的承载能力,提出了柔性衬砌的设计理念:采用低弹性模量的柔性混凝土作为压气储能地下洞室衬砌层。通过室内试验研究... 高内压作用下压气储能地下洞室极易开裂,严重威胁洞室稳定性和密封性。为充分传递内压荷载、增强洞室变形能力,发挥围岩的承载能力,提出了柔性衬砌的设计理念:采用低弹性模量的柔性混凝土作为压气储能地下洞室衬砌层。通过室内试验研究了不同配比下柔性混凝土的力学性能,据此提出了柔性混凝土的修正损伤-塑性本构关系模型(concrete damaged plasticity,CDP),并建立了柔性混凝土的压气储能地下洞室力学计算模型。为论证柔性混凝土用于压气储能地下洞室的可行性,以某在建的压气储能地下洞室工程为背景,比较了采用不同衬砌形式以及不同柔性混凝土配比对压气储能地下洞室力学响应规律的影响,结果表明:采用低弹性模量的柔性混凝土可以有效地降低在高内压压气储能地下洞室混凝土衬砌的拉应力,减少衬砌开裂,充分实现了传递内压荷载、增强洞室变形能力,发挥围岩承载能力的作用。 展开更多
关键词 压气储能 柔性混凝土 地下洞室 稳定性
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考虑界面热阻效应的地埋管分层传热解析模型及解答
3
作者 周祥运 胡世翔 +2 位作者 张夏阳 高游 孙德安 《太阳能学报》 北大核心 2025年第6期712-720,共9页
把地埋管换热器简化为有限实心圆柱面热源,建立考虑界面热阻效应的分层岩土传热解析模型。对传热控制方程进行有限汉克尔和拉普拉斯变换,求解得到各分层岩土温度的拉普拉斯域解;通过与数值解和现有解析解的对比,验证该文模型解的正确性... 把地埋管换热器简化为有限实心圆柱面热源,建立考虑界面热阻效应的分层岩土传热解析模型。对传热控制方程进行有限汉克尔和拉普拉斯变换,求解得到各分层岩土温度的拉普拉斯域解;通过与数值解和现有解析解的对比,验证该文模型解的正确性;重点评估界面热阻对地埋管近场分层岩土温度分布的影响。结果表明:(1)由于界面接触热阻的存在,土层上界面温度因热量积聚而上升,土层下界面温度因热量减少而下降,土层界面处温度分布呈跳跃现象;(2)界面接触热阻对温度响应的影响随传热时间的延长而增大,随径向距离的增加而减弱;(3)相邻土层导热系数的差值越大,界面接触热阻对分层岩土温度分布的影响越大。 展开更多
关键词 地热能 岩土分层传热 地埋管换热器 界面接触热阻 半解析解
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考虑剪切变形的高压储气洞室复合式预设缝衬砌力学特性 被引量：4
4
作者 张格诚 徐晨 夏才初 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期3533-3544,共12页
在高内压下,压缩空气储能地下洞室钢筋混凝土衬砌的开裂问题难以避免,为了控制混凝土衬砌的裂缝宽度,衬砌的配筋率往往非常高,甚至高到难以配筋。这不仅增加了地下洞室的建造成本,也降低了压缩空气储能系统的压力上限。为了解决这一问题... 在高内压下,压缩空气储能地下洞室钢筋混凝土衬砌的开裂问题难以避免,为了控制混凝土衬砌的裂缝宽度,衬砌的配筋率往往非常高,甚至高到难以配筋。这不仅增加了地下洞室的建造成本,也降低了压缩空气储能系统的压力上限。为了解决这一问题,提出了高压储气洞室的预设缝衬砌结构,通过对衬砌预设缝释放环向拉伸变形进而降低衬砌所受拉力。但由于衬砌与初期支护间的剪切应力也会对衬砌结构产生拉应力,在预设缝附近(15°范围内)衬砌内钢筋的拉应力得到了有效降低,但远端处衬砌拉应力仍较大。因此,在衬砌和初支之间设置了滑动层,以达到减摩降阻的目的。滑动层的剪切刚度对钢筋应力影响很大。滑动层剪切刚度越小,衬砌钢筋的应力越低。由于滑动层无法实现完全光滑,在高内气压下衬砌钢筋应力仍然很大。为了进一步降低衬砌结构拉应力,提出了分层变形释放的高压储气洞室结构方案,即在衬砌结构预设缝的基础上,初期支护也采用预设缝结构,且初支的预设缝与衬砌的预设缝设在相同位置处。计算结果表明,高压储气洞室采用复合式预设缝结构后,初支与围岩之间发生了相对剪切变形,进而初支与衬砌间的相对剪切变形得到了一定程度的降低,相应的衬砌最大裂缝宽度也得到减小。因此,在高内压条件下,可以采用预设缝钢筋混凝土衬砌结构,衬砌与初支之间设置滑动层;内压进一步升高后,还可以采用初支、衬砌均设置预设缝的复合式衬砌结构分层释放变形,以降低衬砌拉应力。 展开更多
关键词 压气储能 地下内衬洞室 预设缝衬砌 剪切变形 可伸缩初期支护
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考虑全寿命周期围岩冻结规律的寒区隧道抗冻设计研究
5
作者 夏才初 曹善鹏 +2 位作者 陈维 郭阔 李干 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第9期1736-1743,共8页
为解决寒区隧道全寿命周期内冻害问题,考虑寒区隧道全寿命周期围岩冻结和冻胀敏感性,通过数值分析和理论计算研究寒区隧道围岩冻结的发展规律和冻胀力荷载分布特征,并提出基于冻胀力荷载分级的寒区隧道全寿命周期分段抗冻设计方法。研... 为解决寒区隧道全寿命周期内冻害问题,考虑寒区隧道全寿命周期围岩冻结和冻胀敏感性,通过数值分析和理论计算研究寒区隧道围岩冻结的发展规律和冻胀力荷载分布特征,并提出基于冻胀力荷载分级的寒区隧道全寿命周期分段抗冻设计方法。研究表明:1)全寿命周期内寒区隧道围岩的冻结深度在运行初期迅速增大,然后逐渐保持稳定,围岩冻结深度的发展速度主要与年平均气温和年气温振幅相关;2)寒区隧道冻胀力荷载随冻结深度的增大而增大,全寿命周期的最大冻胀力荷载沿纵向呈现出显著的非均匀分布特点;3)采用基于全寿命周期冻胀力荷载分级的分段抗冻设计可避免寒区隧道全寿命周期的冻害风险,同时提高抗冻支护的经济效益。 展开更多
关键词 寒区隧道 冻胀力荷载 围岩冻结规律 分段抗冻设计 全寿命周期
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基于田口法的隧道围岩蓄热系统性能优化及工程应用
6
作者 张瑶 夏才初 +1 位作者 周舒威 张建新 《同济大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期1854-1861,共8页
不稳定可再生能源的大规模存储具有很大发展潜力。为此,提出隧道围岩蓄热型热泵系统并建立三维隧道围岩蓄热换热器耦合传热模型,同时,基于田口试验设计,提出了隧道围岩热泵系统蓄热性能优化方法,并应用于Stuttgart-Fasanenhof能源隧道... 不稳定可再生能源的大规模存储具有很大发展潜力。为此,提出隧道围岩蓄热型热泵系统并建立三维隧道围岩蓄热换热器耦合传热模型,同时,基于田口试验设计,提出了隧道围岩热泵系统蓄热性能优化方法,并应用于Stuttgart-Fasanenhof能源隧道工程。在用现场热响应试验数据验证模型合理性的基础上,蓄热隧道的蓄热性能模拟结果表明,隧道围岩蓄热型热泵系统储热效能优于传统垂直钻孔埋管蓄热系统,且不需要高的前期钻孔成本和占地面积。建立4因子3水平下的L_(10)(3^(4))田口试验正交表,利用Minitab数据统计分析软件进行信噪比和方差分析,得出最优控制参数组合及各参数贡献率。工程应用结果表明:蓄热与取热温差的贡献率最高,依次为运行蓄取比、围岩初始温度、围岩导热系数;最优参数组合为围岩初始温度18℃,围岩导热系数1.5 W·m^(-1)·K^(-1),蓄取比1:2,蓄热与取热温差45℃。研究成果可为隧道围岩蓄热性能优化提供理论方法及技术支持。 展开更多
关键词 隧道围岩蓄热型热泵系统 田口方法 运行优化 蓄热性能
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高地应力软岩隧道预留变形量设计方法 被引量：4
7
作者 韩常领 徐晨 +2 位作者 夏才初 郑卜豪 应轶微 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2023年第11期1916-1923,共8页
在弹塑性岩体中开挖隧道,若围岩无明显的流变性,支护施作太早将承受非常大的荷载,但支护结构并非越晚施作越好。如果支护结构刚度和强度设计不足,即使预留了变形空间,隧道仍可能因支护反力不足而发生大变形破坏。为确定合理的支护刚度... 在弹塑性岩体中开挖隧道,若围岩无明显的流变性,支护施作太早将承受非常大的荷载,但支护结构并非越晚施作越好。如果支护结构刚度和强度设计不足,即使预留了变形空间,隧道仍可能因支护反力不足而发生大变形破坏。为确定合理的支护刚度和支护时机,基于GZZ强度准则采用大应变分析理论,考虑隧道扩挖影响,修正高地应力软岩隧道的围岩特征曲线。修正后的特征曲线与原始曲线有共同的起点,但随着变形增大逐渐偏离原始曲线;增大开挖半径会使特征曲线更高,这意味着支护结构需要提供更大的反力。因此,在工程设计时需要根据修正后的围岩特征曲线进行支护结构设计,避免因为支护刚度不足而发生大变形破坏。其次,基于初始地应力、围岩强度等参数对修正围岩特征曲线形态的影响,提出高地应力软岩隧道围岩最佳预留变形量的设计方法。当地应力较低时,特征曲线有明显的“最低点”,该点对应的支护反力最小,为最佳支护时机;在高地应力条件下,即使变形很大,围岩特征曲线也仍然未达到最低点,这是因为形变压力占主导,松散压力远小于形变压力。因此,在高地应力条件下,采用应力释放措施是有必要的,可通过特征曲线的曲率寻找最佳预留变形量。 展开更多
关键词 高地应力 软岩隧道 大变形 预留变形量 修正围岩特征曲线
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滨海软土固结渗透温度效应试验研究
8
作者 许晓龙 邓岳保 +3 位作者 周靓凤 明维 张日红 夏才初 《工程地质学报》 2025年第5期1900-1906,共7页
随着能源地下工程在滨海地区的兴起与发展,研究分析温度(加热)对滨海土体工程特性的影响具有重要意义。本文基于温控固结渗透仪,针对典型滨海软土进行常温以及升温条件下的固结-渗透联合试验,测试分析升温对土样固结沉降、渗透系数以及... 随着能源地下工程在滨海地区的兴起与发展,研究分析温度(加热)对滨海土体工程特性的影响具有重要意义。本文基于温控固结渗透仪,针对典型滨海软土进行常温以及升温条件下的固结-渗透联合试验,测试分析升温对土样固结沉降、渗透系数以及孔压消散的影响。结果表明:温度升高土样中产生热孔压,热孔压消散速率快于常温组孔压消散速率;升温条件下软土中残余孔压大于常温下的残余孔压;软土骨架结构受到热孔压影响,其弹性变形范围缩小,土体更容易屈服,因此相同固结压力下升温组固结沉降大于常温组;土体渗透系数随固结压力增大而减小,但随着温度升高而增大;升温15℃使得滨海软土渗透系数提升约3.7倍,渗透指数由0.37增大为0.71。 展开更多
关键词 温控固结仪 软土 固结沉降 渗透系数 渗透指数
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