新書推薦：
《
天命无常：五代十国 优酷人文·“梅毅说中国史”系列（全三册）
》
售價：NT$
704
《
武王墩：亲历2020—2024楚王墓发掘
》
售價：NT$
449
《
异化
》
售價：NT$
439
《
你的脆弱很正常
》
售價：NT$
275
《
鸟墙——康奈尔鸟类学实验室巨幅壁画诞生记
》
售價：NT$
908
《
政治人--政治的社会基础（东方编译所译丛）
》
售價：NT$
602
《
大国崛起战略论：地理与世界霸权+海权论+陆权论+空权论+战争论（全译足本无任何删节-同人阁）
》
售價：NT$
1310
《
故宫藏影—西洋镜里的宫廷人物
》
售價：NT$
1836
|
| 內容簡介： |
|
《高岩温隧道热害机理与控制》根据隧道工程建设向更低高程、更大埋深的发展趋势，面向高岩温不良地质引发的诸多科学问题和技术难题，从隧道地热成因、温度场演化规律、衬砌结构性能评价、施工隔热及降温措施、运营降温控制等方面，系统阐述了高岩温隧道热害机理与控制方法。 《高岩温隧道热害机理与控制》共9章，分别介绍了高岩温隧道典型特征、隧道选址区域地热成因分析、高岩温隧道围岩温度场演化规律、高岩温隧道洞内热气流响应特征、高岩温隧道温度场现场试验、衬砌结构热-力耦合损伤机制及长期性能评价、高岩温隧道初支轻骨料混凝土与二次衬砌隔热、高岩温隧道通风降温-减湿物理模型试验、高岩温隧道施工运营降温控制方法。
|
| 目錄：
|
|
目录序前言第1章 绪论 11.1 高岩温隧道典型特征 11.1.1 地形地貌特征 11.1.2 地层岩性特征 31.1.3 地质构造与水文地质特征 31.1.4 热害特点及研究意义 41.2 国内外研究现状 51.2.1 地热成因研究现状 51.2.2 隧道温度场研究现状 81.2.3 隧道热害控制方法研究现状 9第2章 隧道选址区域地热成因分析 142.1 尼格隧道工程概况 142.1.1 主要技术标准 152.1.2 初期地温、放射性及地应力测试 152.1.3 气象条件 182.1.4 隧道热害分级标准 182.1.5 隧道主体工程设计 202.2 区域地热地质背景 282.2.1 区域地貌特征 282.2.2 地层岩性特征 282.2.3 地质构造及地震特征 282.2.4 水文地质特征 332.3 地热水化学特征 352.3.1 水的理化特征 352.3.2 离子关系分析 372.3.3 氢氧同位素、锶同位素分析 372.4 热储分布特征 392.4.1 热储温度分析 392.4.2 热储深度分析 422.5 热源及控热构造模型 422.5.1 热源分析 422.5.2 高岩温隧道控热构造模型 432.6 高地温隧道勘察选线方法 452.6.1 高地温区隧道勘察重点 452.6.2 高地温区隧道勘察技术 452.6.3 高地温区隧道线位优选 46第3章 高岩温隧道围岩温度场演化规律 483.1 隧道围岩温度场随时性分析理论 483.1.1 热传导基本理论 493.1.2 隧道围岩温度场计算模型及假定 503.2 隧道围岩温度场数值模拟方法及验证 503.2.1 计算原理 503.2.2 有限元分析模型 513.2.3 数值模拟方法验证 523.3 施工期围岩温度场随时性演化规律 543.3.1 工况设置 543.3.2 仿真结果和讨论 573.4 运营期围岩温度场随时性演化规律 613.4.1 工况设置 613.4.2 仿真结果和讨论 62第4章 高岩温隧道洞内热气流响应特征 654.1 隧道洞内热气流响应分析理论 654.1.1 热对流基本理论 654.1.2 隧道洞内气流场计算模型及假定 664.2 隧道热气流响应数值模拟方法及验证 674.2.1 隧道热气流现场测试 674.2.2 隧道热气流数值仿真 684.3 高岩温隧道热气流响应特征 704.3.1 计算工况 704.3.2 高地温隧道气温特征 724.3.3 高地温隧道风速特征 74第5章 高岩温隧道温度场现场试验 775.1 温度场测试项目 775.1.1 贯通前温度场测试项目 775.1.2 贯通后温度场测试项目 785.2 围岩温度场测试方法与结果 785.2.1 掌子面前方地温测试方法 785.2.2 掌子面区域壁温、气温、水温测试方法 805.2.3 开挖阶段全隧总体地温特征 815.2.4 开挖灰岩段壁温、气温和相对湿度关系 835.2.5 超前探孔原位岩温特征 845.2.6 贯通断面围岩径向温度特征 855.3 洞内环境温度测试方法与结果 865.3.1 钻爆施工集中区(掌子面后 10m)各施工环节气温测试方法 865.3.2 洞内长期壁温、气温测试方法 875.3.3 风速、相对湿度测试方法 875.3.4 花岗岩段非爆施工、爆破施工和暂停施工环境下壁温、气温特征 885.3.5 钻爆施工循环中的气温-时间数学关系 895.3.6 贯通后不同时间尺度下的洞内地热特征 955.4 二次衬砌、隔热层温度测试方法与结果 1015.4.1 二次衬砌温度特征 1015.4.2 二次衬砌施作后浅层地温特征 1025.4.3 隔热层温度特征 104第6章 衬砌结构热-力耦合损伤机制及长期性能评价 1076.1 高岩温隧道衬砌结构热-力耦合损伤背景 1076.1.1 围岩-衬砌热物性参数的温度敏感性 1076.1.2 隧道围岩温度场-应力场演变特征 1096.1.3 衬砌结构损伤特征与长期防控需求 1106.2 岩石热-力损伤特性与损伤本构模型 1116.2.1 高温损伤岩石的力学试验 1116.2.2 高温损伤岩石的宏-细观力学特征 1156.2.3 岩石热-力耦合随机损伤本构模型 1216.3 热-力耦合作用下衬砌结构劣化机制与力学响应 1276.3.1 高温隧道围岩温度场分布特征及响应规律 1276.3.2 高温养护环境下衬砌混凝土的强度劣化特征 1346.3.3 衬砌结构内力的热-力耦合响应及分布特征 1386.3.4 高岩温隧道衬砌结构稳定性分析 1426.4 高温-腐蚀环境下隧道衬砌长期性能评价 1456.4.1 高温-荷载作用下混凝土腐蚀试验 1466.4.2 基于细观尺度的混凝土腐蚀模拟 1566.4.3 高温-腐蚀环境下混凝土力学性质劣化模型 1626.4.4 高温-腐蚀环境下隧道衬砌长期性能评价 168第7章 高岩温隧道初期支护轻骨料混凝土与二次衬砌隔热 1717.1 高岩温隧道合理支护结构形式 1717.1.1 隔热材料选择 1717.1.2 隔热形式选择 1737.1.3 轻骨料混凝土 1767.2 轻骨料混凝土隔热性能 1777.2.1 高温养护下室内试验 1777.2.2 轻骨料混凝土热-力学性能研究 1837.2.3 轻骨料混凝土热-力学性能预测模型 1877.3 轻骨料混凝土衬砌热害防控 1887.3.1 轻骨料混凝土隔热衬砌分析模型及验证 1887.3.2 轻骨料混凝土衬砌结构隔热效果研究 1907.3.3 轻骨料混凝土隔热层参数优化 195第8章 高岩温隧道通风降温-减湿物理模型试验 1978.1 相似模型试验原理 1978.1.1 对流换热的影响因素 1978.1.2 对流换热的数学描述 1988.1.3 对流换热的相似理论 1988.1.4 相似常数关系式 2018.2 高岩温隧道热-湿环境相似模型试验系统 2028.2.1 试验系统主要功能 2038.2.2 试验系统组成 2038.2.3 模型几何尺寸的设计 2158.3 试验方法及工况 2168.3.1 试验参数 2168.3.2 试验工况 2228.3.3 试验步骤 2228.4 降温-减湿效果分析 2238.4.1 干热型高岩温隧道通风降温效果分析 2238.4.2 湿热型高岩温隧道通风降温-减湿效果分析 233第9章 高岩温隧道施工运营降温控制方法 2389.1 高岩温隧道工程通风设计方法 2389.1.1 高岩温隧道工程通风基本原理 2389.1.2 隧道施工阶段通风设计方法 2409.1.3 隧道运营阶段通风设计方法 2439.2 高岩温隧道施工综合降温方法 2449.2.1 通风降温影响因素 2449.2.2 通风降温风量需求 2469.2.3 风机选型 2479.2.4 竖/斜井设置需求 2499.2.5 局部辅助降温措施 2569.3 高岩温隧道运营通风控制方法 2609.3.1 隧道运营通风计算 2609.3.2 隧道风机选型 2629.3.3 隧道通风设备状态评估与维护 263参考文献 267
|
| 內容試閱：
|
|
第1章绪论 1.1高岩温隧道典型特征 1.1.1地形地貌特征 通过查阅、收集国内外典型高岩温隧道案例资料，并以其长度、埋深和*高温度为参量进行统计分析发现，高岩温隧道一般出现在埋深大于300m、长度大于2km的山岭地区，且温度随埋深成正比升高。国内外部分高岩温隧道信息统计结果如表1.1所示，33座高岩温隧道中，埋深大于等于300m的有26座，占比79%；长度大于2km的有30座，占比91%。典型高岩温隧道埋深、长度和*高温度关系如图1.1所示，温度随埋深增大而升高；另外，长度为3km以上级别的隧道，地温对长度变化不敏感。除此之外，多数高岩温隧道报道其地表或沿线有温度较高的泉水分布，如尼格隧道泉水温度87.9℃、拉日铁路沿线泉水温度88℃[1]、齐热哈塔尔水电站引水隧洞泉水温度78℃[2]、布仑口-公格尔水电站引水隧洞泉水温度62℃[3]。 上述分析表明，从地貌特征角度来看，高地热现象通常发生在深埋长大隧道，受地热和大气温度热平衡影响，浅埋短隧道出现高地热的可能性不大；高岩温隧道地表往往伴随有温泉(25～40℃)、温热泉(40～60℃)、热泉(60～90℃)、沸泉(达到当地沸点温度)、喷气孔、水热爆炸等明显地热窗口现象。 1.1.2地层岩性特征 地球化学、地球物理学界普遍共识，地球热源的50%来自地核和下地幔，另外50%则来自地壳放射性生热和岩石圈冷却热。放射性生热是大陆地质构造环境中的主要热源之一，具有热流成分稳定的特点。 (1)地壳岩石放射性生热受岩层深度影响小，而主要取决于自身岩性(地壳化学组成)，如德国大陆深钻项目中数千个岩心和碎屑样品测量结果显示，0～3.6km深度与7.8～9.1km深度的岩石生热率基本一样[51]。 (2)岩石放射性生热主要来自半衰期与地球大致同龄的放射性元素衰变产生的热量，U(铀)、Th(钍)、K(钾)即主要的产热元素，且其丰度值决定了产热量的大小。对于半衰期短的元素，其放射性热量已在长远的地质历史过程中挥发殆尽，这也是花岗岩具有较高生热率背景的原因[52]。 (3)相比于沉积岩，岩浆岩类岩石生热率普遍较高，其中放射性花岗岩的铀、钍含量波动范围最大，生热率均值也*高[53]。 (4)侵入岩(主要是花岗岩)生热率具有明显的区域差异性，如广东花岗岩生热率高达 5.7μW/m3。同时，因其形成时代不同，生热元素和生热率也有差别，燕山一期和燕山三期生热率普遍较高。受同期剧烈岩浆活动影响，沉积碎屑岩的生热率集中分布在1.5～ 3.0μW/m3；灰岩和白云岩的生热率并无显著差异，大多小于1μW/m3。 从表1.1中也能发现，高岩温隧道多数穿越花岗岩(岩浆岩)地层，有12座，占比36%，表明高岩温隧道岩性多以岩浆岩为主，并含有高丰度放射性元素；与此同时，穿越片麻岩(变质岩)地层的有11座，占比33%，表明其他岩性(如沉积岩、变质岩)地层同样有出现高地热的可能，地层岩性不是高地热形成的决定性因素。 1.1.3地质构造与水文地质特征 高岩温隧道地质构造服从于区域地质构造。按照板块构造学说，地热带划分为板缘(板间)地热带和板内地热带两大类，其中板内地热带可分为隆起断裂型和沉降盆地型两大类型[54]。 (1)隆起断裂型。隆起断裂型是指地壳隆起区多沿构造断裂带展布、常呈带状分布的温泉密集带。带的长度取决于构造断裂带的规模。其形成特征为：热水由地下水经深循环加热而成，浅部无近代火山或岩浆热源；热水沿深断裂带上涌至地表或浅部，常以温泉形式出露于山间盆地及滨海盆地或山前地带，多出露于河谷底部或阶地上；热水起源于大气降水；温泉区没有盖层或盖层较薄；在热水主流带附近常形成局部热异常，异常中心的地温梯度可比正常值高2～3倍；水质类型比较单一，在花岗岩、火山岩及片麻岩地区，大部分为低矿化的重碳酸盐钠质水，多呈碱性，水中氯及硅酸含量较多；在灰岩及砂岩地区，多为磷酸盐钠钙型水或重碳酸盐磷酸盐钠-钙型水，沉积物多为钙化。 (2)沉降盆地型。沉降盆地型一般指地壳沉降区内沿基底或盖层内构造断裂带展布的地热带或大型自流热水盆地。它又可分为沉积断陷型与沉积拗陷型两类。 ①沉积断陷型热田的特征是沉降区有厚层沉积物覆盖的地堑、地垒或构造盆地，边界有控制性断裂，基底阶梯状断裂发育。这类热田形成的特点是热水是经深循环在正常地温梯度下由地壳内部获得热量；有较厚的隔热盖层；地温梯度接近正常值或略高；水源也是大气降水，有的地区尚有少量封存水(古沉积水)；基底岩层内断裂发育，深循环加热后的热水沿这些断裂上涌，富集于基岩顶面的突起部位或突起的一侧，形成隐伏热异常，其分布面积较大，从几平方公里到几百平方公里；水质以氢化物-钠质型水和氯化物-重碳酸盐-钠质型水为主。矿化度一般小于1g/L(有的地方可达3～8g/L)，水中含氟及硅酸。这种类型的热田与油田关系密切，因此油田勘探开发中常遇到热水。目前华北地区有不少正在利用的地热井，*初就是油田勘探开发时打出来的热水井。 ②沉积拗陷型热田的特征是在地壳稳定下降过程中边拗陷边沉积条件下形成的，边界一般无控制性断裂，为连续沉积盆地。这类热田的特点是地热水在水平或微倾的含水层中缓慢运行，水温接近岩温；地温梯度接近或低于正常值，水温较低(同一深度比上述沉积断陷型热田的热水温度低10～20℃)；热储以层状为主，断裂通道不发育；分布面积很大(几十至几百平方公里，有的可达数千平方公里)；水源大部分为古沉积水，矿化度很高(一般为100～200g/L，*高可达300g/L以上)，为高矿化卤水，气体成分主要为甲烷。这类热田也与油气田和热卤水田关系密切。 以温泉为代表的水热活动是高岩温隧道典型的地表显示，而水热区分布呈明显的地域性或分带性的特点，与地质构造-热背景和区域水文地质条件有着密切的关系。从宏观上来看，水热区分布和水热活动有如下基本特点： (1)水热区分布和水热活动受区域地质构造特点和其在全球构造中的部位所控制。 (2)水热活动强度随远离板块边界而减弱。 (3)高温水热区与晚新生代大山分布相背离。 (4)低温温泉大多与碳酸盐岩分布区相联系。 (5)水热活动有分带性属性。 地质构造作为地热对流传递的通道，沟通了地壳深部热源与浅表岩体(水体)，对区域水热系统的形成起到至关重要的作用。沟通深部热源的通道主要包括活动性区域断裂、深大断裂、接触带等地质构造，是深循环的主要通道；浅部地质构造(如次要级断层、裂隙等)构成浅表水入渗及浅循环通道，两者作为高岩温隧道围岩与深部热源对流换热的主要媒介形式，在其形成过程中发挥着热通道的作用。 1.1.4热害特点及研究意义 近年来，我国隧道建设不断向崇山峻岭延伸，机械装备、施工技术和管理水平显著提升。面对社会对交通便利性的要求不断提高，隧道建设已向更低高程、更大埋深方向发展。建设中，高岩温隧道案例不断增多，高岩温带来诸多难题，如施工环境恶劣、人员健康受损、机械效率降低、衬砌耐久性变差、通风效果不佳等，给隧道建设、运营安全及社会经济效益带来巨大压力。 根据我国现行的隧道规范《公路隧道施工技术规范》(JTG/T3660—2020)、《铁路隧道设计规范》(TB10003—2016)、《水利水电工程施工组织设计规范》(SL303—2017)，在施工过程中，由地热热源引起洞内空气温度高于28℃的隧道即可认定为高岩温隧道。高岩温隧道在修建过程中，存在着衬砌结构开裂、支护性能降低等问题，如混凝土结构强度降低以及混凝土内部产生巨大的温度应力等问题。分析其原因，主要有两个方面：一方面是高温降低了衬砌材料力学性能；另一方面是洞内通风降温，支护结构内外侧温差过大，发生开裂，支护性能降低。此外，过高的围岩温度和洞内空气温度，不仅会降低施工机械的施工效率，威胁施工人员劳动安全，而且对施工工艺、通风降温技术等提出较高的要求。另外，在后期运营维护期间，如何最大限度地保证洞内温度满足正常运营的标准和要求均是高岩温隧道工程中需要解决的关键技术难题，见图1.2。 因此，针对高岩温隧道，一方面要解决选线、勘察、设计、施工过程中温度场变化特征、衬砌结构耐久性等方面的问题，另一方面也要解决高岩温隧道工程措施中，如衬砌隔热、洞内环境控制等方面的问题。相关的研究对道路选线、勘测、设计、施工及运营均有重要工程实践价值，对高地热地区的交通、水电、国防及地下储能等工程设施建设也具有重要的科学指导意义。 1.2国内外研究现状 1.2.1地热成因研究现状 1.地热热源 地球是一个巨型椭球体，按其构造自外而内分为如下三层(图1.3)[55]：①地壳，厚度为10～70km，在大陆表层平均约35km；在海洋表层相对较薄，水、岩石两者均平均约5km；地壳底部温度为900～1000℃。②地幔，又分上地幔和下地幔，总厚度约2900km，在100km深处的上地幔温度可达1300℃。③地核，包含液核和内核，厚度分别约2100km、1350km，据地球物理学有关资料推断，地核和地幔下部的温度在2000～5000℃。另外，地震波波速在层-层交界面存在明显差异，地壳与地幔分界面为莫霍面；地幔与地核分界面为古登堡面。 火山喷发、温泉、沸泉、喷气孔、水热爆炸、深矿井高温、隧道高地热等自然或工程现象也揭示了地球是一个热球体[57]。地球内部所储存的热量称为地热。地热按其来源可分为两种。**种，来自地球外部的外热，约占比总地热的5%[58]，主要为太阳辐射能，作用在地球表层以下15～30m深度范围，该区域的温度随四季、昼夜交替变化明显。随着深度增加，太阳辐射能逐渐减弱，并在一定深度范围内终年不变，即到达常温层。从常温层向下，地热受来自地球内部的热量，即内热的影响逐渐显著，并随之升高，这便是第二种热源。相对于**种热源，第二种热源是地热的主要热源，也是形成隧道高地热背景的原因。 地球内部热量的来源主要由以下三部分构成[59，60]： (1)放射性热贡献约为(20.3)TW(1TW=1012W)。其中，地壳放射性生热量为6～8TW，上地幔的放射性热贡献约为1TW，下地幔放射性热贡献约为(13.4)TW，放射性生热以地幔贡献为主。 (2)地核热量为5～15TW，它由来自地核的放射性生热、冷却放热、内核结晶潜热等构成。 (3)岩石圈冷却放热为8～28TW。 整体而言，地球热源的50%(约20TW)来自地核和下地幔的热量，另外50%(20～25TW)来自地壳放射性生热和岩石圈冷却热。其中，地幔热量构成了地球内热的主体，为26～28TW。 2.地热分布 地热分布主要受地质构造控制[54]。当今地质学界主流的全球大地构造理论便是板块构造学说，该学说将地壳分为六大板块，即太平洋板块、亚欧板块、印度洋板块、非洲板块、美洲板块和南极洲板块。地壳和地幔因其密度相对较小，像一个筏体放在刚性岩石圈上，岩石圈飘浮在软流圈上。由于软流圈的对流作用，这些大陆壳筏向各个方向移动，与大洋板块或其他大陆壳筏相碰撞或分离。也就是说，高温炽热物质在大洋中脊处上升，产生新洋壳并使这些岩石圈板块沿着大洋中脊这个扩张中心向两边分离、生长，并向外移动，同时板块之间沿着水平向彼此相对移动、相互滑过或错动，随着新生岩石圈向两侧扩张并逐渐冷却下去，至海沟处，冷却下来的岩石圈板块又重新插入上地幔软流圈中，渐趋消亡。
|
|
購物車/收銀台(0) | 在線留言板
| 付款方式
| 聯絡我們
| 運費計算
| 幫助中心 |
加入書簽
HOME
新書上架
