寒区引水隧洞围岩冻胀特性分析——以新疆布伦口水电站引水隧洞工程为例

摘要

为解决寒区水工隧洞围岩在低温作用下孔隙水相变引起的冻胀问题,以新疆布伦口水电站引水隧洞工程为依托,基于弹塑性力学理论,采用有限元建模分析方法,考虑低温水-冰相变引起的围岩热力学参数变化,使用有限元软件建立温度-渗流-应力耦合模型,计算围岩冻胀力弹塑性解析解及围岩瞬态温度场、冻胀应力和位移,分析冻深变化规律以及冻胀前后的应力变形规律.研究结果表明:1)受低温影响围岩孔隙水发生相变,冻结圈随时间推移向围岩内部移动,冻深随之增大,且冻结计算时间200 d内最大冻深为2.04 m;2)围岩受冻胀作用后的应力为0.392～0.527 MPa,较冻胀前相比有一定幅度的增长;3)围岩水平位移变为-0.36 mm,竖直位移由冻胀前的-9.59 mm变为-8.41 mm,围岩状态表现为水平收缩0.36 mm、拱顶沉降1.18 mm.