岩溶地区深埋隧道围岩破坏过程渗流应力耦合分析

发布时间：2017-06-11 10:08

  本文关键词：岩溶地区深埋隧道围岩破坏过程渗流应力耦合分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,中国的经济发展迅速,地下空间的开发利用不断增加,水电工程、南水北调工程、矿山工程等都离不开隧道的建设,而西南地区岩溶地貌发育,使得隧道的建设不可避免的遇到岩溶洞穴、岩溶水等不良地质问题。随着隧道埋深的不断增大,深部岩溶发育特征更为复杂,往往具有高水压溶洞、节理裂隙、断层等特殊的地质条件,其中岩溶突水灾害造成的影响极大。当岩溶区隧道建设中存在充水溶洞,掘进至溶洞较近的位置或溶洞边沿时,溶洞中的高压水使隧道围岩发生破坏,高压岩溶水迅速喷出,破坏机器设备,造成人员伤亡。因此,研究有压溶洞对深埋隧道围岩稳定性的影响具有重要的现实意义。本文在理论分析的基础上,运用岩石破裂过程渗流-应力耦合数值模拟分析软件RFPA2D-Flow,将附近有充水溶洞的深埋隧道作为主要研究对象,分析在渗流应力耦合作用下深埋隧道围岩的破坏过程,研究的主要内容如下:(1)分别对深埋隧道围岩周围存在不同水压、不同距离的充水溶洞的数值模型进行了分析。研究结果表明:在相同的加载条件下,溶洞中水压越大,隧道围岩越容易发生破坏;溶洞与隧道间距离越小,溶洞与隧道越容易发生贯通突水事故。(2)对裂隙岩体中深埋隧道底部存在充水溶洞时隧道围岩的破坏过程进行了分析。研究结果表明:岩体中存在裂隙时,虽然裂隙角度不同,但水压裂纹的扩展规律是基本一致的,均沿着裂隙的近法向延伸扩展,裂纹的萌生方向因裂隙角度的不同有显著的差异。(3)对深埋隧道围岩顶部、侧部、底部分别存在充水溶洞时隧道围岩的破坏过程进行了分析。研究结果表明:在相同加载条件下,侧部的充水溶洞最先使隧道发生贯通突水,底部溶洞其次,顶部溶洞最后;在相同的加载条件下,组合溶洞比单一溶洞更早的使溶洞与隧道发生贯通。在理论分析与数值试验的基础上,结合齐岳山隧道建设的实际情况,分析充水溶洞对深埋隧道围岩的破坏过程,分析其最小安全厚度,以确保在隧道建设过程中避免因充水溶洞与隧道过近而引起的突水事故。通过本文的分析,得出一定的规律,为岩溶区工程建设提供有益的参考。
【关键词】：充水溶洞 深埋隧道 数值模拟 破坏过程 渗流应力耦合
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U451.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 第一章 绪论6-11
• 1.1 问题的提出6
• 1.2 国内外研究现状6-8
• 1.2.1 岩溶区隧道稳定性的研究现状6-8
• 1.2.2 深埋隧道渗流场-应力场耦合研究现状8
• 1.3 研究的目的及意义8-9
• 1.4 研究的主要内容及技术路线9-11
• 1.4.1 论文的主要研究内容9
• 1.4.2 技术路线9-11
• 第二章 岩溶的发育规律及突水灾变特征11-19
• 2.1 深部岩溶的产生条件及发育特征11-12
• 2.1.1 岩溶产生条件11
• 2.1.2 深部岩溶产生条件及特征11-12
• 2.2 岩溶对隧道施工的影响12-14
• 2.2.1 岩溶的分类12-13
• 2.2.2 岩溶水的补给情况13-14
• 2.2.3 岩溶对隧道施工的影响14
• 2.3 岩溶隧道突水灾变的特征14-19
• 2.3.1 岩溶突水发生条件15-16
• 2.3.2 岩溶突水模式划分16-17
• 2.3.3 渗流-应力耦合分析的基本方程17-19
• 第三章 岩石破裂过程分析原理19-23
• 3.1 有限元分析的基本思想19-20
• 3.2 RFPA软件概述20
• 3.3 RFPA~(2D)-Flow系统概述20-23
• 第四章 岩溶区深埋隧道围岩破坏过程的数值模拟23-43
• 4.1 不同水压的充水溶洞对隧道围岩破坏过程的渗流-应力耦合分析23-25
• 4.1.1 数值试验模型及参数的选取23-24
• 4.1.2 不同水压的充水溶洞对隧道围岩的应力场的影响24-25
• 4.2 与隧道不同距离的充水溶洞对隧道围岩破坏过程的渗流-应力耦合分析25-28
• 4.2.1 数值试验模型及参数的选取25-26
• 4.2.2 与隧道不同距离的充水溶洞对隧道围岩的应力场的影响26-28
• 4.3 裂隙岩体中充水溶洞对隧道围岩破坏过程的渗流-应力耦合分析28-33
• 4.3.1 数值试验模型及参数的选取29
• 4.3.2 裂隙岩体中充水溶洞对隧道围岩的应力场的影响29-33
• 4.4 不同位置充水溶洞对隧道围岩破坏过程的渗流-应力耦合分析33-38
• 4.4.1 数值试验模型及参数的选取33-34
• 4.4.2 不同位置的充水溶洞对隧道围岩的应力场的影响34-36
• 4.4.3 不同位置的充水溶洞对隧道围岩的位移场的影响36-38
• 4.5 多溶洞作用下隧道围岩破坏过程的渗流-应力耦合分析38-41
• 4.5.1 数值试验模型及参数的选取38-39
• 4.5.2 组合形态下的充水溶洞对隧道围岩的应力场的影响39-41
• 4.6 本章小结41-43
• 第五章 工程实例43-50
• 5.1 工程简介43-47
• 5.1.1 水文气象地质条件43-45
• 5.1.2 隧道围岩物理力学性质45
• 5.1.3 齐岳山隧道岩溶突水事故简介45-47
• 5.2 充水溶洞与隧道间最小安全距离的分析47-49
• 5.2.1 数值试验模型及参数的选取47
• 5.2.2 充水溶洞与隧道间最小安全距离的确定47-49
• 5.3 本章小结49-50
• 第六章 结论和展望50-52
• 6.1 主要结论50-51
• 6.2 本课题研究展望51-52
• 致谢52-53
• 参考文献53-57
• 附录57-58

  本文关键词：岩溶地区深埋隧道围岩破坏过程渗流应力耦合分析，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：441355