本文關(guān)鍵詞：鉆爆法海底隧道突水機(jī)理及其應(yīng)用　出處：《北京交通大學(xué)》2015年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：摘要：本文針對(duì)海底隧道的特點(diǎn),通過(guò)實(shí)例統(tǒng)計(jì)、理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)等研究手段,提出了海底隧道突水的三種模式,并對(duì)海底隧道突水災(zāi)害的發(fā)生機(jī)理、突水控制技術(shù)等問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究,主要工作及研究成果如下：(1)對(duì)國(guó)內(nèi)外隧道突水事故進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,描述突水事件發(fā)生的地質(zhì)條件、水文條件、突水發(fā)生發(fā)展過(guò)程及突水機(jī)理,總結(jié)突水災(zāi)害的發(fā)生特點(diǎn),從突水通道產(chǎn)生的力學(xué)機(jī)制方面將海底隧道突水分為水力劈裂型、地層坍塌型和結(jié)構(gòu)面滑移型三種模式。(2)基于復(fù)變函數(shù)求解基本方法,通過(guò)保角映射求得淺埋海底隧道的圍巖應(yīng)力場(chǎng),該解析解可以同時(shí)考慮自重及水的作用；考慮海底隧道開(kāi)挖的短期和長(zhǎng)期效應(yīng),根據(jù)總應(yīng)力場(chǎng)及孔壓分布,分別得到了海底隧道開(kāi)挖后短期、長(zhǎng)期有效應(yīng)力。(3)采用斷裂力學(xué)原理,建立了海底隧道水力劈裂型突水的力學(xué)模型,并給出了隧道圍巖起裂的力學(xué)判據(jù)：采用裂隙巖體開(kāi)裂損傷的流固耦合模型,對(duì)水力劈裂型突水進(jìn)行了模擬,得到了圍巖起裂階段、開(kāi)裂擴(kuò)展階段、突水通道形成階段的開(kāi)裂區(qū)及變形的發(fā)展規(guī)律。(4)基于淺埋海底隧道圍巖應(yīng)力場(chǎng),提出了地層滑移角的確定方法,給出了地層坍塌型突水發(fā)生的力學(xué)判據(jù)；建立考慮變形模量劣化的應(yīng)變軟化模型,對(duì)地層坍塌式突水過(guò)程進(jìn)行仿真,得到了洞周破壞區(qū)及圍巖變形的發(fā)展演化規(guī)律。(5)建立了結(jié)構(gòu)面滑移型突水的尖點(diǎn)突變模型,并得到了結(jié)構(gòu)面滑移失穩(wěn)的臨界滑移面長(zhǎng)度；采用接觸面理論,對(duì)結(jié)構(gòu)面滑移時(shí)兩側(cè)不同材料的相互作用進(jìn)行模擬,認(rèn)為該模式突水通道形成原因是結(jié)構(gòu)面兩側(cè)圍巖不均勻變形造成的相對(duì)滑動(dòng)。(6)在前文研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合對(duì)隧道突水機(jī)理的分析從頂板厚度、地層加固、降低施工擾動(dòng)等方面系統(tǒng)的提出海底隧道突水的控制措施,并在施工過(guò)程中對(duì)海底隧道進(jìn)行精細(xì)化的變形控制,有效降低海底隧道施工過(guò)程中的突水風(fēng)險(xiǎn)。
[Abstract]:Abstract: in this paper, according to the characteristics of the subsea tunnel, through examples, statistics, theoretical analysis, numerical simulation and field monitoring and other research methods, puts forward three modes of water inrush in tunnel, and the mechanism of the tunnel water inrush disaster, made a systematic and thorough study on water inrush control technology and other issues, the main work and research the results are as follows: (1) statistical analysis of tunnel water inrush accidents at home and abroad, describes the geological conditions, water inrush events and hydrological conditions, water inrush mechanism and development process of water inrush occurred, summing up the characteristics of water inrush, the mechanical mechanism of water inrush from the channel will split water inrush in undersea tunnel hydraulic type, type and structure formation collapse slip type three models. (2) based on the basic method of solving complex function, obtained by conformal mapping of surrounding rock of shallow tunnel stress field, the analytical solution can be considered at the same time since Weight and water; consider the short-term and long-term effects of tunnel excavation, the total stress and pore pressure distribution were obtained after short-term subsea tunnel excavation, long-term effective stress. (3) by using the fracture mechanics principle, established the tunnel water inrush type hydraulic fracturing mechanics model, and given the tunnel initiation mechanics criterion: the fractured rock cracking damage coupling model, the split type water inrush water was simulated, obtained the rock crack initiation stage, crack propagation stage, the formation stage of the crack zone and deformation law of the development of water inrush channel. (4) the shallow buried tunnel surrounding rock the stress field based on the proposed method to determine formation slip angle, gives the formation collapse mechanics criterion type water inrush; considering the deformation modulus degradation strain softening model, the formation process of collapse type water inrush simulation, get around the tunnel Destroy the development zone and surrounding rock deformation evolution. (5) established a cusp structure slip type water inrush mutation model, and get the structure slip critical slip surface length stability; the contact theory, the interaction between two different materials structure slip when simulating the mode process the reason is the formation of water channel structure on both sides of uneven rock deformation caused by the relative slide. (6) on the basis of previous studies, combined with the analysis of tunnel water inrush from roof thickness, stratum reinforcement, reduce the construction disturbance system put forward control measures of water inrush of subsea tunnel, and the deformation control of fine the submarine tunnel in the construction process, effectively reduce the water inrush risk of subsea tunnel construction process.

【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：U457.2;U459.5

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本文編號(hào)：1396328