隨著我國(guó)公路網(wǎng)的拓展和完善,修建深埋長(zhǎng)大山嶺隧道不可避免的會(huì)穿越高壓富水地區(qū),而現(xiàn)今對(duì)水環(huán)境生態(tài)平衡要求較高的條件下,地下水問(wèn)題尤其高壓富水問(wèn)題是建設(shè)過(guò)程中必然要面對(duì)的關(guān)鍵問(wèn)題。本文依托南大梁高速華鎣山隧道工程,基于"以堵為主,限量排放"的防排水原則,采用理論解析和數(shù)值模擬的方法,研究襯砌外側(cè)水壓力分布規(guī)律及水壓力對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力響應(yīng)的影響,并對(duì)防排水設(shè)計(jì)進(jìn)行深入的分析。主要研究成果如下:1、闡述了高水壓富水區(qū)山嶺隧道的防排水原則,基于軸對(duì)稱(chēng)理論,推導(dǎo)了有無(wú)注漿情況下襯砌外水壓力計(jì)算公式、隧道涌水量計(jì)算公式和等效連續(xù)介質(zhì)中地下水滲流方程。分析了 FLAC3D中滲流求解器的選擇,論證了有限差分法計(jì)算流固耦合問(wèn)題的可行性。2、泄水孔作為襯砌外排水系統(tǒng)與隧道內(nèi)排水系統(tǒng)連接的位置,其對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)水壓力橫向分布規(guī)律影響較大。提出了泄水孔設(shè)置在拱腳和仰拱處兩種泄水方案,并通過(guò)數(shù)值模擬方法研究其對(duì)襯砌外水壓力分布及結(jié)構(gòu)安全性的影響,得出仰拱處泄水可以有效改善仰拱受力條件。3、采用數(shù)值模擬的方法研究泄水孔縱向間距對(duì)襯砌外側(cè)水壓力分布規(guī)律和結(jié)構(gòu)受力特性的影響,得出襯砌結(jié)構(gòu)外側(cè)水壓力沿隧道軸向呈現(xiàn)周期性的分布規(guī)律,周期為泄水孔縱向間距,且隨著泄水孔間距的增加,襯砌結(jié)構(gòu)應(yīng)力及拱部外水壓力均在增加。4、基于"堵水限排"原則下,提出了襯砌外排水系統(tǒng)限壓排放泄水方式,應(yīng)用數(shù)值模擬方法,通過(guò)控制泄水孔不同的泄壓值,研究了泄壓值對(duì)襯砌外側(cè)水壓力分布規(guī)律及襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力響應(yīng)的影響,得出泄水孔限壓值依次增加0.2MPa,泄水孔截面處拱頂和拱腳襯砌外水壓力依次增加約5m與12m的水頭高度,襯砌結(jié)構(gòu)各位置內(nèi)力均在增加,且對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)水平應(yīng)力的影響大于豎向應(yīng)力。
【學(xué)位單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類(lèi)】：U453.6
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 本文研究的必要性
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 山嶺隧道防排水技術(shù)
        1.2.2 隧道襯砌外水壓力
        1.2.3 地下水滲流場(chǎng)的研究
        1.2.4 高水壓隧道襯砌安全性研究
    1.3 本文研究?jī)?nèi)容及方法
        1.3.1 研究?jī)?nèi)容
        1.3.2 研究方法
        1.3.3 研究技術(shù)路線
第2章 滲流場(chǎng)及襯砌水壓力理論解析
    2.1 隧道滲流場(chǎng)分布的解析解
        2.1.1 等效連續(xù)介質(zhì)
        2.1.2 裂隙巖體介質(zhì)
    2.2 隧道涌水量與水壓力理論解析
        2.2.1 基本假定及建立數(shù)學(xué)模型
        2.2.2 襯砌外水壓力理論推導(dǎo)
    2.3 基于有限差分法計(jì)算滲流場(chǎng)的基本原理
    2.4 本章小結(jié)
第3章 高水壓富水區(qū)隧道襯砌外排水系統(tǒng)的研究
    3.1 華鎣山隧道工程概況
        3.1.1 工程概況
        3.1.2 水文概況
        3.1.3 地質(zhì)條件
    3.2 基于堵水限排條件下隧道防排水型式
    3.3 泄水孔位置對(duì)襯砌水壓力分布影響
        3.3.1 隧道計(jì)算模型
        3.3.2 泄水孔的模擬
        3.3.3 數(shù)值計(jì)算滲流場(chǎng)求解器的選擇
        3.3.4 隧道滲流場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算結(jié)果分析
    3.4 泄水孔縱向間距對(duì)襯砌水壓力分布影響
        3.4.1 計(jì)算工況
        3.4.2 圍巖滲流場(chǎng)變化規(guī)律及地下水流速矢量分析
        3.4.3 襯砌外水壓力分析
        3.4.4 襯砌結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析
        3.4.5 襯砌結(jié)構(gòu)安全性分析
    3.5 本章小結(jié)
第4章 基于限壓排水措施的高壓富水區(qū)隧道應(yīng)力場(chǎng)及滲流場(chǎng)研究
    4.1 隧道計(jì)算模型選取
        4.1.1 數(shù)值模型
        4.1.2 計(jì)算工況
    4.2 圍巖滲流場(chǎng)變化規(guī)律及地下水流速矢量分析
    4.3 隧道滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)分析
        4.3.1 初期支護(hù)內(nèi)外側(cè)水壓力分析
        4.3.2 襯砌外水壓力分析
        4.3.3 襯砌結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析
    4.4 襯砌結(jié)構(gòu)安全性分析
    4.5 高壓富水區(qū)隧道限壓排水工程措施現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
    4.6 本章小結(jié)
第5章 結(jié)論與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2871480