压气储能衬砌洞室热-力耦合响应与损伤演化数值模拟OA

【目的】压缩空气储能(CAES)技术是平抑可再生能源波动、支撑“双碳”目标实现的关键技术之一,其地下储气库在频繁充放气循环下的热力耦合响应与长期稳定性是工程安全的焦点。【方法】以张北县30000 m^(3)储气库工程为背景,建立了一个热-力-损伤多场耦合数值模型。该模型在COMSOL Multiphysics平台上,综合考虑了高压空气的非理想热力学行为、基于断裂能的混凝土损伤软化、钢筋增强效应以及围岩开挖损伤区(EDZ)的力学折减,系统模拟了充气8 h-保压4 h-放气4 h-保压8 h典型循环下洞室的工作性态。【结果】结果表明:洞室内气温剧烈波动(–30.68~70.18℃),混凝土衬砌在较低内压(约1.9 MPa)下即萌生裂缝,并随压力升高最终形成环向等间距分布;钢筋在裂缝处出现应力集中,有效承担拉应力,实现了与混凝土的协同工作;围岩承担了约97.7%的内压,其刚度显著影响衬砌应力与洞室收敛变形,提高EDZ刚度可优化荷载传递路径;围岩塑性区在充气阶段于洞室顶底部显著发展,呈现出不可逆的变形特征。【结论】研究揭示了钢-钢筋混凝土-围岩复合结构在循环载荷下的协同工作机制与损伤演化规律,研究结论可为CAES人造洞室的设计优化与安全评估提供理论依据。