陆泽西

（核工业西南勘察设计研究院有限公司 四川成都）

隧道开孔衬砌温度应力有限元分析

陆泽西

（核工业西南勘察设计研究院有限公司 四川成都）

本文通过对隧道不同开孔孔径衬砌进行温度场数值模拟分析，得到了不同孔径情况下温度场的分布规律。同时通过对衬砌温度应力进行分析，得出了温度应力对衬砌的最不利影响区域。所得结论可为大断面隧道设计提供一定的理论依据。

温度场；温度应力；有限元分析；开孔衬砌

1 引言

大体积混凝土衬砌结构由于水化热引起内外表面温度差异导致产生温度应力。混凝土内部产生压应力（混凝土抗压强度远大于压应力），混凝土表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土极限抗拉强度时，混凝土表面就产生裂缝。这种温度裂缝的走向无一定规律，大面积结构裂缝通常纵横交错，温度变形是混凝土早期开裂的主要原因之一，往往是贯穿性的有害裂缝，对结构的抗渗性、整体性、耐久性甚至承载能力十分不利。

本文以热传导理论为基础，利用ANSYS10.0有限元分析程序，在分析大体积混凝土水化热温度场温度应力的理论基础上，对不同孔径开孔衬砌隧道进行分析，研究温度应力对大体积混凝土衬砌安全耐久性的影响。

2 基本理论

2.1 热传导方程

大体积混凝土结构的温度场可以由热传导基本方程求解。对于均匀各向同性的具有内热源的混凝土来说，其热传导方程为[1]：

式中：T——温度，℃；

a——导温系数，a=λ/cρ，m2/h；……