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[博士]巖溶儲氣長隧道工程地質(zhì)系統(tǒng)研究
　　學科專業(yè)： 巖土工程
　　授予學位： 博士
　　學位授予單位：西南交通大學
　　學位年度：2005
　　 巖溶儲氣長隧道工程建設(shè)中地下水、天然氣及其它不良工程地質(zhì)條件對隧道施工安全、工程質(zhì)量、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定具有重要的控制作用，往往是巖溶山區(qū)長隧道工程建設(shè)的控制性因素。本文結(jié)合渝(重慶)一懷(化)鐵路線圓梁山隧道工程地質(zhì)研究，從巖溶作用、石油天然氣問題、環(huán)境影響三個方面對巖溶儲氣長隧道工程地質(zhì)進行了系統(tǒng)研究，初步建立了一套研究體系和基本理論框架。主要取得了以下成果：
　　 一是巖溶地質(zhì)研究。
　　 (1)碳酸鹽巖區(qū)的化學熱力學研究。分析了巖溶地下水的碳酸與二氧化碳分壓對巖溶作用產(chǎn)生與發(fā)展的影響；應(yīng)用多組分綜合分析方法，采用地下水全分析結(jié)果設(shè)計了五個化學反應(yīng)方程式，通過活度、反應(yīng)平衡常數(shù)及吉布斯自由能之間關(guān)系的熱力學關(guān)系及二氧化碳氣體分壓，構(gòu)建了評價地下水侵蝕性的兩個化學反應(yīng)判據(jù)。準確地分析出地下水的侵蝕性。為工程實踐提供了一種新的地下水侵蝕性分析、評價方法；并分析了地下水對混凝土的碳酸型、硫酸鹽型與硫氫酸型侵蝕以及混凝士中堿一骨料反應(yīng)。
　　 (2)碳酸鹽巖區(qū)的巖溶動力學研究。根據(jù)礦物溶解與沉淀的關(guān)系，將巖溶儲氣長隧道分成深埋與開挖兩個區(qū)域，依據(jù)確定的化學模型，利用水質(zhì)的相對和絕對含量，運用化學熱力學、化學動力學理論和相關(guān)分析方法進行溶蝕量或溶蝕模數(shù)的計算，得出隧道深埋區(qū)溶蝕總模數(shù)比隧道開挖區(qū)大10多倍的結(jié)論；采用化學熱力學和化學動力學與地下水動力學理論相結(jié)合方法，給出了碳酸鹽巖區(qū)水動力學和化學動力學模型，以及相關(guān)參數(shù)的計算公式。
　　 (3)巖溶突水突泥研究。討論完善了巖溶突水突泥的定義，分析了巖溶突水突泥的基本特征與分類；應(yīng)用斷裂力學原理研究了巖溶突水突泥中的水力劈裂作用，得出深埋巖體為II型裂紋擴展，給出了II型裂紋擴展的臨界水頭值的計算公式和裂隙張開度在壓裂作用下的計算公式；通過突水突泥破壞性分析，計算了圓梁山隧道“9．10”特大突泥事故沖擊力。并應(yīng)用離散單元法對突水突泥的突出過程進行數(shù)值模擬，動態(tài)地再現(xiàn)了圓梁山隧道突水突泥運動過程。
　　 二是石油天然氣地質(zhì)研究。巖溶儲氣長隧道施工中發(fā)生的天然氣突出不僅包括揭煤過程中的瓦斯突出，更主要的危害是石油天然氣等非伴煤型天然氣突出。以圓梁山隧道進13端為例，分析了圓梁山隧道進13端天然氣蘊藏特征、天然氣運移的宏觀與微觀機理：給出了天然氣運移、擴散的數(shù)學模型；采用氣一固耦合的離散單元法研究了天然氣突出對隧道建設(shè)與運營的危害：最后，依據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測資料，分析了圓梁山隧道內(nèi)有毒有害氣體的種類并評價了空氣質(zhì)量，提出了防護措施。
　　 三是環(huán)境問題研究。定義了長隧道巖溶環(huán)境與工程環(huán)境，總結(jié)了長隧道巖溶環(huán)境和長隧道工程環(huán)境的基本特點，研究了長隧道巖溶環(huán)境、工程環(huán)境系統(tǒng)及由于隧道工程建設(shè)對環(huán)境的影響：分析了長隧道巖溶塌陷的形成條件及特征，并提出了其分類方式；研究了巖溶儲氣長隧道工程建設(shè)對環(huán)境影響的表現(xiàn)形式及由此帶來的危害。
　　 同時，，從工程應(yīng)用的角度，總結(jié)了工程地質(zhì)預報方法；并對圓梁山隧道進行了工程地質(zhì)預報，取得了良好的工程地質(zhì)預報效果。
　　

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