岩土力学 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (12): 3566-3575.doi: 10.16285/j.rsm.2024.0669

• 压缩空气储能地下工程专题 • 上一篇    下一篇

纤维增强柔性混凝土压气储能地下洞室力学响应研究

鲁青云1, 2,徐英俊3,夏才初1, 2,刘少华1, 2   

  1. 1. 宁波大学 岩石力学研究所,浙江 宁波 315211;2. 宁波大学 宁波市能源地下结构重点实验室,宁波 浙江 315211; 3. 同济大学 土木工程学院,上海 200092
  • 收稿日期:2024-05-30 接受日期:2024-09-29 出版日期:2024-12-09 发布日期:2024-12-04
  • 通讯作者: 夏才初,男,1963年生,博士,教授,博士生导师,主要从事隧道与地下工程方面的研究。E-mail: tjxiaccb@126.com
  • 作者简介:鲁青云,男,1999年生,硕士研究生,主要从事岩土地下工程方面研究。E-mail: 19966593001@163.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No.U23B20145,No.52278402);国家重点研发计划政府间重点专项(No.2024YFE0105800);宁波大学研究生科研创新项目(No.IF2024039)。

Mechanical response of fiber reinforced flexible concrete for compressed air energy storage underground caverns

LU Qing-yun1, 2, XU Ying-jun3, XIA Cai-chu1, 2, LIU Shao-hua1, 2   

  1. 1. Institute of Rock Mechanics, Ningbo University, Ningbo, Zhejiang 315211, China; 2. Ningbo Key Laboratory of Energy Geostructure, Ningbo University, Ningbo, Zhejiang 315211, China; 3. College of Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China)
  • Received:2024-05-30 Accepted:2024-09-29 Online:2024-12-09 Published:2024-12-04
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (U23B20145, 52278402), the National Key Research and Development Program, Intergovernmental Key Special Project (2024YFE0105800) and the Graduate Student Scientific Research and Innovation Project of Ningbo University (IF2024039).

摘要: 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。

关键词: 压气储能, 柔性混凝土, 地下洞室, 稳定性

Abstract: High internal pressure can readily cause cracking in the underground cavern of compressed air energy storage (CAES), posing a significant threat to its stability and sealing. To effectively transfer internal pressure loads, enhance cavern deformation capacity, and leverage the bearing capacity of surrounding rock, we propose a flexible lining design using low-elastic modulus flexible concrete as the lining layer for CAES underground caverns. The mechanical properties of flexible concrete under various proportions are initially investigated through laboratory tests. Building on these findings, we propose a modified concrete damage-plasticity (CDP) constitutive model for flexible concrete and establish a mechanical calculation model for underground caverns utilizing flexible concrete. To demonstrate the feasibility of using flexible concrete in CAES underground caverns, this study compares the mechanical response of these caverns with different lining forms and varying flexible concrete ratios. This comparison is conducted within the context of an ongoing CAES underground cavern project. The results indicate that low-elastic modulus flexible concrete can effectively reduce tensile stress in the concrete lining of high-pressure CAES underground caverns. This stress reduction minimizes lining cracking, facilitates internal pressure load transfer, enhances cavern deformation capacity, and leverages the bearing capacity of surrounding rock.

Key words: compressed air energy storage (CAES), flexible concrete, underground cavern, stability

中图分类号: TU93
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