岩土力学 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (6): 1878-1894.doi: 10.16285/j.rsm.2025.0827CSTR: 32223.14.j.rsm.2025.0827
卢巧荣1, 2,李奇龙1, 2,毛新莹3,周佳庆1, 2,陈益峰1, 2
LU Qiao-rong1, 2, LI Qi-long1, 2, MAO Xin-ying3, ZHOU Jia-qing1, 2, CHEN Yi-feng1, 2
摘要: 压缩空气储能是提升可再生能源消纳与电网调峰能力的关键技术之一,人工硐室储气库因其选址局限性小和工程质量可控性好等优势而具有较大应用前景。然而,在高压运行状态下,储气库衬砌承受较大的拉应力,当超过材料临界强度时易发生拉伸破坏,为应对这一问题,通常需要增加衬砌配筋率或减小硐室尺寸、减小储气压力,这不仅增加建设成本,也限制了储气能力。针对以上问题,本研究提出了一种将衬砌设置在密封层内侧的衬砌−密封层−找平−初支−围岩的优化结构,并基于热力耦合模型进行了数值模拟与分析。结果表明:在温度方面,优化结构下由于衬砌保护作用,密封层温度显著低于传统结构,以钢板为密封材料时最高温度降低了46.08%;在应力方面,衬砌结构整体呈环向受拉、径向受压的状态,结构优化后钢板、混凝土衬砌和围岩最大拉应力分别降低了16.00%、28.19%和24.73%,且荷载分担研究表明两种形式下均由围岩承担大部分压力(>70%);在变形方面,最大位移均出现在衬砌顶部,优化结构的整体变形幅度相对较小。进一步分析了高、中、低3种地应力水平下的衬砌结构力学响应,相较于传统结构,优化结构在高、中、低3种地应力水平下的钢板最大第一主应力分别减小了40.26%、32.01%和22.46%,说明优化结构可以有效降低密封层环向拉应力。此外,围岩等级和围岩变形模量对储气库结构的力学响应影响显著,建议储气库在选址时选择III类及以上围岩等级。最后,对比分析了不同材料密封层的受力特征,钢板和玻璃钢作为密封材料时,整体呈环向受拉、径向受压的状态;柔性混凝土和橡胶作为密封材料时,整体呈受压状态。针对传统和优化两种结构,分别推荐钢板和柔性混凝土作为密封材料,此时围岩应力和变形相对最小。综上所述,对于人工硐室储气库,本研究提出的优化结构相较于传统结构更有利于结构稳定,研究成果对压缩空气储能人工硐室衬砌结构设计具有重要参考意义。
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