【摘要】：進入21世紀以來,我國經(jīng)濟建設迅猛發(fā)展,在西部巖溶地區(qū)修建的基礎設施越來越多,然而在隧道的修建過程中經(jīng)常遭遇突水突泥地質災害,不僅影響施工進度,而且嚴重危及施工人員的生命安全。本文運用理論分析研究了巖溶隧道突水發(fā)生時,隧道掌子面與溶腔之間斷續(xù)節(jié)理防突層的最小安全厚度,運用離散元軟件模擬了隧道突水過程中位移場和滲流場的變化。取得了如下研究成果:(1)以巖溶隧道掌子面與巖溶之間的斷續(xù)節(jié)理防突層為研究對象,將節(jié)理的破壞分為軸向貫通破壞和巖橋剪切破壞兩種模式,建立了裂隙水壓劈裂破壞模型和隧道掌子面安全厚度模型。采用斷裂力學理論分別分析了這兩種模式下節(jié)理擴展的臨界水壓力,并以此為基礎,求出其相對應的最小安全厚度公式。(2)在裂紋軸向貫通破壞下,巖溶隧道掌子面斷續(xù)節(jié)理防突最小安全厚度隨掌子面前伏巖溶水壓力的增大而近似呈線性增大,掌子面防突層最小安全厚度隨斷續(xù)節(jié)理排距的增大而減小,且體現(xiàn)出隨裂隙排距的增大,最小安全厚度減小的速率逐漸減小。隨著斷續(xù)裂紋與最大主應力之間夾角的增加,掌子面防突層最小安全厚度先增大后減小。(3)在裂紋巖橋剪切破壞模式下,隨著主裂紋長度的逐漸增大,巖溶隧道掌子面斷續(xù)節(jié)理防突最小安全厚度也逐漸增大。且兩者基本呈線性關系。在既定裂紋密度下,主裂紋長度越大,不僅會導致分支裂紋的增長,還會減少裂隙之間的巖橋距離,則其抵抗水壓的能力越低,所需要的抗裂保護區(qū)厚度越大,隧道掌子面巖體愈加不穩(wěn)定。巖溶隧道掌子面斷續(xù)節(jié)理防突最小安全厚度隨掌子面前伏巖溶水壓力的增大而近似呈線性增大。(4)利用三維離散元軟件建立了隧道開挖數(shù)值模型,模擬了掌子面突水災變過程中位移場和滲流場的演化規(guī)律,分析了巖溶水壓、溶腔位置、節(jié)理傾角和溶腔大小對防突層安全厚度的影響。(5)隨著節(jié)理傾角的增加,防突層巖體中的裂隙長度不斷增加,巖體的物理力學性質降低,越容易發(fā)生滲水,防突層最小安全厚度也就越來越大;當巖溶水壓增加時,在同一內計算時間,各點位移和水壓不斷增加,流體的最大滲流速度也不斷增加,防突層越早發(fā)生突水破壞;溶腔規(guī)模越大,巖溶水通過裂隙流入防突巖體的水流越多,同一時間內流體擴散范圍越廣,流體滲流速度越大,各點節(jié)理水壓越高,掌子面與溶腔之間的防突層巖體越早發(fā)生破壞。溶腔與隧道掌子面斜相交時相比,當溶腔與隧道掌子面正交時所需要的安全厚度較大,且在突水破壞過程中,在同一時間內,各點的水壓較大。
【學位授予單位】：河南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U453.61
【圖文】：

巖溶隧道掌子面突水Fig1-1waterinrushofKarsttunnel

技術路線

【參考文獻】

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本文編號：2721441