压缩空气储能的地下岩石内衬洞室关键技术

鲁斌，博士/高级工程师，上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司博士后。主要从事交通规划、物流系统总体设计工作。主持博士后课题《城市地下物流系统终端选址—运输通道优化研究》，参与国家、省部级以上科研项目多项；作为专业负责人参与雄安新区、济南新旧动能转换先行区等地智慧物流规划项目，发表相关论文、专利二十余篇。我国正处于经济转型发展的新时期，物流行业迎来了前所未有的变革，物流需求规模的急速膨胀，使得传统物流基础设施难以适应其发展，同时加剧了城市交通问题的负面影响。地下物流作为缓解城市交通问题、提升物流效率的创新思路之一，其建设实施的时机已逐渐成熟。为更好地贯彻落实地下物流的规划建设任务，本文着眼于城市地下物流系统规划中最重要的两个部分——地下物流终端与运输通道，对其规划设计的理论方法与优化原则进行了研究。

鲁斌，博士/高级工程师，上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司博士后。主要从事交通规划、物流系统总体设计工作。主持博士后课题《城市地下物流系统终端选址—运输通道优化研究》，参与国家、省部级以上科研项目多项；作为专业负责人参与雄安新区、济南新旧动能转换先行区等地智慧物流规划项目，发表相关论文、专利二十余篇。

序 前言 第1章 绪论 1.1 可再生能源与储能技术 1.2 压气储能的原理和工程实例 1.3 高内气压地下岩石洞室类型 1.3.1 水幕密封无衬砌洞室 1.3.2 钢板衬砌洞室 1.3.3 柔性密封层衬砌洞室 第2章 压气储能内衬洞室的极限稳定性和抗裂性 2.1 压气储能内衬洞室的极限稳定性 2.1.1 压气储能内衬洞室极限稳定性的影响因素及分析 2.1.2 圆形洞室的极限稳定性 2.1.3 不同埋深下洞室的极限稳定性 2.1.4 不同侧压力系数和埋深下洞室衬砌的抗裂性 2.1.5 多排压气储能内衬圆形洞室间距的影响 2.1.6 压气储能内衬洞室的洞形选择 2.2 压气储能内衬洞室的衬砌形式及其力学特征 2.2.1 压气储能内衬洞室的衬砌形式 2.2.2 数值模拟方案和过程 2.2.3 环锚式后张法预应力衬砌的力学特性 2.2.4 灌浆式预应力衬砌的力学特性 2.2.5 分块式浇筑衬砌的力学特性 2.2.6 不同衬砌形式特性比较 第3章 高内压和温度耦合作用下压气储能内衬洞室的力学响应 3.1 压气储能内衬洞室温度场解析解 3.1.1 内压及温度场控制方程 3.1.2 温度场及气体内压解析解 3.1.3 解析解的简化形式 3.1.4 典型压气储能循环周期内的计算结果 3.2 温度和内压引起的压气储能内衬洞室力学响应解析解 3.2.1 自生温度应力和位移 3.2.2 热弹性约束引起的应力和位移 3.2.3 内压及温度变化引起的应力和位移 3.2.4 典型压气储能周期内的计算结果 3.2.5 解析解与数值模拟结果的对比 3.3 压气储能内衬洞室热力耦合数值模型 3.3.1 模型建立 3.3.2 运营前洞室应力和位移 3.3.3 模型验证 3.4 不同密封形式压气储能内衬洞室的温度场和力学响应 3.4.1 温度场变化特征 3.4.2 结构力学响应 3.4.3 极限情况下围岩温度 第4章 压气储能内衬洞室的长期稳定性 4.1 应力和温度反复变化耦合作用下岩石长期力学性质研究 4.1.1 荷载一温度循环作用下岩石单轴加卸载试验 4.1.2 应力一温度循环作用下岩石损伤规律和损伤模型 4.1.3 应力一温度循环作用下岩石损伤本构模型 4.1.4 考虑应力一温度循环效应的岩石长期强度准则 4.2 长期运营时压气储能内衬洞室疲劳损伤演化规律和稳定性 4.2.1 长期运营时压气储能内衬洞室疲劳损伤演化规律 4.2.2 长期运营时内衬洞室的稳定性 第5章 压气储能内衬洞室密封性能的多场耦合计算方法 5.1 压气储能内衬洞室温度与压力变动的热力学解 5.1.1 热力学解的推导 5.1.2 热力学解的验证 5.2 压气储能内衬洞室的迭代计算方法 5.2.1 温度和压力计算 5.2.2 密封层泄漏率计算 5.2.3 应力场及位移场计算 5.2.4 迭代计算流程 5.3 压气储能内衬洞室密封性能的多场耦合数值解 5.3.1 多场耦合过程 5.3.2 多场耦合数值模型的建立 5.4 算例验证 5.4.1 用亨托夫电站实测数据验证 5.4.2 用E1本神冈压气储能试验洞室验证 5.4.3 用日本北海道压气储能试验洞室验证 5.4.4 用解析解验证 5.4.5 各种计算方法的对比 第6章 压气储能内衬洞室密封层的密封性和耐久性 6.1 高分子材料密封层的高压密封试验 6.1.1 试验方法对比 6.1.2 试验仪器设计 6.1.3 试验方案设计 6.1.4 试验过程及数据处理 6.1.5 试验结果及分析 6.2 高分子材料的单轴拉伸试验 6.3 高分子材料密封层的密封性能 6.3.1 典型运营工况下丁基橡胶密封层内衬洞室的力学响应 6.3.2 高分子材料密封层的影响因素及影响规律 6.4 丁基橡胶密封层的耐久性 6.4.1 丁基橡胶的老化试验 6.4.2 长期运营条件下丁基橡胶密封层内衬洞室的密封性能力学响应 6.4.8 丁基橡胶密封层的热老化耐久性 6.4.4 丁基橡胶密封层的疲劳耐久性 6.4.5 丁基橡胶密封层的使用寿命 6.5 钢衬密封层的密封性能 6.5.1 典型运营工况下钢衬密封层内衬洞室的力学响应 6.5.2 钢衬密封层的影响因素及影响规律 6.6 钢衬密封层的耐久性 6.6.1 长期运营条件下钢衬密封层内衬洞室的力学响应 6.6.2 钢衬密封层的裂纹扩展疲劳耐久性 第7章 压气储能地下岩石内衬洞室设计准则 7.1 压气储能地下岩石内衬洞室安全运营设计准则 7.1.1 可用性评价准则 7.1.2 稳定性评价准则 7.1.3 稳定性判断指标 7.1.4 稳定性设计准则 7.2 压气储能内衬洞室的密封性设计准则 7.2.1 空气泄漏比准则 7.2.2 允许空气泄漏比 7.2.3 密封层强度准则 7.3 压气储能内衬洞室的耐久性设计准则 7.4 压气储能内衬洞室密封性及耐久性设计程序 参考文献 后记