隨著我國公路網的拓展和完善,修建深埋長大山嶺隧道不可避免的會穿越高壓富水地區(qū),而現今對水環(huán)境生態(tài)平衡要求較高的條件下,地下水問題尤其高壓富水問題是建設過程中必然要面對的關鍵問題。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,采用理論解析和數值模擬的方法,研究襯砌外側水壓力分布規(guī)律及水壓力對襯砌結構內力響應的影響,并對防排水設計進行深入的分析。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,基于軸對稱理論,推導了有無注漿情況下襯砌外水壓力計算公式、隧道涌水量計算公式和等效連續(xù)介質中地下水滲流方程。分析了 FLAC3D中滲流求解器的選擇,論證了有限差分法計算流固耦合問題的可行性。2、泄水孔作為襯砌外排水系統(tǒng)與隧道內排水系統(tǒng)連接的位置,其對襯砌結構水壓力橫向分布規(guī)律影響較大。提出了泄水孔設置在拱腳和仰拱處兩種泄水方案,并通過數值模擬方法研究其對襯砌外水壓力分布及結構安全性的影響,得出仰拱處泄水可以有效改善仰拱受力條件。3、采用數值模擬的方法研究泄水孔縱向間距對襯砌外側水壓力分布規(guī)律和結構受力特性的影響,得出襯砌結構外側水壓力沿隧道軸向呈現周期性的分布規(guī)律,周期為泄水孔縱向間距,且隨著泄水孔間距的增加,襯砌結構應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,應用數值模擬方法,通過控制泄水孔不同的泄壓值,研究了泄壓值對襯砌外側水壓力分布規(guī)律及襯砌結構內力響應的影響,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,襯砌結構各位置內力均在增加,且對襯砌結構水平應力的影響大于豎向應力。
【學位單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：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 國內外研究現狀
        1.2.1 山嶺隧道防排水技術
        1.2.2 隧道襯砌外水壓力
        1.2.3 地下水滲流場的研究
        1.2.4 高水壓隧道襯砌安全性研究
    1.3 本文研究內容及方法
        1.3.1 研究內容
        1.3.2 研究方法
        1.3.3 研究技術路線
第2章 滲流場及襯砌水壓力理論解析
    2.1 隧道滲流場分布的解析解
        2.1.1 等效連續(xù)介質
        2.1.2 裂隙巖體介質
    2.2 隧道涌水量與水壓力理論解析
        2.2.1 基本假定及建立數學模型
        2.2.2 襯砌外水壓力理論推導
    2.3 基于有限差分法計算滲流場的基本原理
    2.4 本章小結
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 泄水孔位置對襯砌水壓力分布影響
        3.3.1 隧道計算模型
        3.3.2 泄水孔的模擬
        3.3.3 數值計算滲流場求解器的選擇
        3.3.4 隧道滲流場及應力場計算結果分析
    3.4 泄水孔縱向間距對襯砌水壓力分布影響
        3.4.1 計算工況
        3.4.2 圍巖滲流場變化規(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 襯砌結構應力分析
        3.4.5 襯砌結構安全性分析
    3.5 本章小結
第4章 基于限壓排水措施的高壓富水區(qū)隧道應力場及滲流場研究
    4.1 隧道計算模型選取
        4.1.1 數值模型
        4.1.2 計算工況
    4.2 圍巖滲流場變化規(guī)律及地下水流速矢量分析
    4.3 隧道滲流場與應力場分析
        4.3.1 初期支護內外側水壓力分析
        4.3.2 襯砌外水壓力分析
        4.3.3 襯砌結構應力分析
    4.4 襯砌結構安全性分析
    4.5 高壓富水區(qū)隧道限壓排水工程措施現場應用
    4.6 本章小結
第5章 結論與展望
    5.1 結論
    5.2 展望
致謝
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及科研成果

【參考文獻】

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7 何明磊;胡磊;孟祥磊;;隧道襯砌水壓力荷載及內力研究[J];鐵道標準設計;2014年02期

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9 宋建禹;劉永吉;;高外水壓山嶺隧道襯砌結構安全性分析[J];中外公路;2012年06期

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本文編號：2871480