本文關(guān)鍵詞：深埋隧道充填型斷層突水災(zāi)變演化機(jī)理研究

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【摘要】：隨著國家“一帶一路”戰(zhàn)略的逐步實施,開辟跨境多式聯(lián)運(yùn)的交通工程陸續(xù)提上建設(shè)議程,這使得隧道的建設(shè)規(guī)模在不斷擴(kuò)大,隧址區(qū)的地質(zhì)條件也日趨復(fù)雜,由充填型斷層導(dǎo)致的深埋隧道突水災(zāi)害屢有發(fā)生。因此,研究不同類型斷層構(gòu)造的突水災(zāi)變演化特征,包括不同斷層寬度、不同斷層厚度、不同斷層交錯角度及不同斷層交錯距離,對揭示地下工程突水機(jī)理及防治具有十分重要的意義。以含充填型斷層的深埋隧道為研究對象,采用物理模擬試驗和數(shù)值模擬試驗相結(jié)合的方法,重點(diǎn)針對高地應(yīng)力、高水壓環(huán)境下的隧道工程,開展多參量響應(yīng)的試驗研究,分析斷層致災(zāi)構(gòu)造的位置、規(guī)模等因素對隧道突水演化特征的影響,取得了一定的研究成果。(1)基于相似模型試驗方法,研制了充填型斷層深埋隧道突水二維可視化試驗系統(tǒng)(內(nèi)部尺寸為0.3m×1.0m×1.0m),包括完備的加載系統(tǒng)、精確的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),以及配套的輔助裝置,并配制了可以滿足試驗要求的流固耦合相似材料,為揭示含充填型斷層深埋隧道突水演化特征提供了新的試驗設(shè)備、試驗材料及試驗方法。(2)對不同斷層工況下的模型進(jìn)行了物理模擬試驗和數(shù)值模擬試驗,獲得了各模型的孔隙水壓力、水力梯度、最遠(yuǎn)擴(kuò)散距離及最小防突安全厚度隨加載水壓力的變化特征。不同加載水壓力下模型巖體內(nèi)的孔隙水壓力隨距斷層構(gòu)造距離的增大而呈逐漸減小的趨勢,且均服從對數(shù)函數(shù)的衰減規(guī)律,并由此推導(dǎo)了滲流最遠(yuǎn)擴(kuò)散距離和最小防突安全厚度的理論公式,隨加載水壓力的增大,滲流最遠(yuǎn)擴(kuò)散距離和最小防突安全厚度均呈逐漸增大的發(fā)展趨勢。(3)對物理試驗結(jié)果進(jìn)行對比分析發(fā)現(xiàn),與隧洞相對位置相同的測點(diǎn),當(dāng)加載水壓力增加范圍相同時,孔隙水壓力和最遠(yuǎn)擴(kuò)散距離的增長幅度與斷層寬度、交錯距離、交錯角度均呈正相關(guān)關(guān)系。當(dāng)加載水壓力及臨空面允許孔隙水壓力大小均相同時,最小防突安全厚度與斷層寬度和斷層交錯距離呈正相關(guān)關(guān)系,而與斷層交錯角度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。(4)在物理試驗的基礎(chǔ)上,采用數(shù)值模擬軟件,擴(kuò)展研究了斷層厚度對深埋隧道防突巖體突水演化特征的影響。通過對比分析發(fā)現(xiàn),與隧洞相對位置相同測點(diǎn),當(dāng)加載水壓力在相同范圍內(nèi)增加時,孔隙水壓力和最遠(yuǎn)擴(kuò)散距離的增長幅度隨斷層厚度的增加而減小;當(dāng)加載水壓力及臨空面允許孔隙水壓力的大小均相同時,最小防突安全厚度隨斷層厚度的增加而增大。(5)在總結(jié)物理和數(shù)值模擬試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)分析了斷層工況對防突巖體孔隙水壓力、滲流規(guī)律、最遠(yuǎn)擴(kuò)散距離及最小防突安全厚度的影響,從而揭示了不同斷層寬度、不同斷層交錯距離、不同斷層交錯角度及不同斷層厚度下深埋隧道的突水災(zāi)變演化機(jī)理。
【關(guān)鍵詞】：深埋隧道 充填型斷層 孔隙水壓力 最遠(yuǎn)擴(kuò)散距離 最小防突安全厚度
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U456.33
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-20
• 變量注釋表20-22
• 1 緒論22-28
• 1.1 研究背景及意義22
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀22-26
• 1.3 研究內(nèi)容及技術(shù)路線26-28
• 2 深埋隧道充填型斷層突水二維可視化模型試驗系統(tǒng)研制及試驗方法28-47
• 2.1 引言28
• 2.2 深埋隧道充填型斷層突水二維模型可視化試驗系統(tǒng)28-33
• 2.3 深埋隧道充填型斷層突水流固耦合相似材料33-44
• 2.4 試驗方法及過程44-46
• 2.5 本章小結(jié)46-47
• 3 深埋隧道充填型斷層突水災(zāi)變演化特征物理試驗研究47-87
• 3.1 引言47
• 3.2 試驗方案47-49
• 3.3 開挖過程中巖體的應(yīng)力變化特征49-50
• 3.4 水壓加載過程中巖體孔隙水壓力及應(yīng)力變化特征50-52
• 3.5 不同斷層寬度下深埋隧道突水演化特征試驗研究52-65
• 3.6 不同斷層交錯距離下深埋隧道突水演化特征試驗研究65-74
• 3.7 不同斷層交錯角度下深埋隧道突水演化特征試驗研究74-83
• 3.8 深埋隧道突水災(zāi)變演化過程分析83-86
• 3.9 本章小結(jié)86-87
• 4 深埋隧道充填型斷層突水災(zāi)變演化特征數(shù)值模擬研究87-111
• 4.1 引言87
• 4.2 數(shù)值計算模型及方案87-88
• 4.3 不同斷層厚度下深埋隧道防突巖體突水演化特征分析88-101
• 4.4 不同斷層工況下深埋隧道防突巖體突水演化特征對比分析101-110
• 4.5 本章小結(jié)110-111
• 5 結(jié)論與展望111-113
• 5.1 主要結(jié)論111-112
• 5.2 研究展望112-113
• 參考文獻(xiàn)113-121
• 作者簡歷121-123
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集123

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本文編號：712969