本文以隧道前方充水溶洞為研究對(duì)象,統(tǒng)計(jì)研究了溶洞的發(fā)育特征及空間分布規(guī)律并對(duì)溶洞進(jìn)行了類型劃分;以數(shù)值模擬為主要研究手段,選取三種主要影響因素對(duì)隧道前方溶洞的圍巖穩(wěn)定性影響展開了研究,結(jié)合各影響因素?cái)?shù)值模擬下的最小安全厚度數(shù)據(jù),回歸分析了不同因素主導(dǎo)下的最小安全厚度數(shù)學(xué)預(yù)測模型,以及多因素綜合作用下的最小安全厚度多元回歸方程以歇馬隧道為工程依托,通過模型試驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)段工況進(jìn)行模擬分析并輔以數(shù)值模擬驗(yàn)證,獲得了圍巖應(yīng)力、位移及滲壓信息演化規(guī)律,將溶洞突水致災(zāi)發(fā)育過程界定為三階段,最終給出了該工程隧道前方溶洞防突應(yīng)留設(shè)的安全厚度,主要成果如下:(1)從地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地下水動(dòng)力特征、氣候地貌等4方面分析了溶洞的發(fā)育條件,概括了溶洞的發(fā)育階段與空間分布規(guī)律,可從溶洞賦存角度避免隧道選線中遭遇溶洞災(zāi)害,減小隧道施工難度;對(duì)近年來幾十條隧道溶洞突涌水典型案例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,為溶洞突水災(zāi)害研究提供案例參考;從溶洞形態(tài)、揭露情況、充填性等方面對(duì)溶洞類型進(jìn)行了分類,制定不同類型溶洞災(zāi)害防治措施。(2)建立了隧道前方充水溶洞數(shù)值模型,分4水平3因素共10種工況進(jìn)行計(jì)算,分別查看最大、最小主應(yīng)力、軸向位移云圖,提取溶洞附近圍巖拱圈應(yīng)力、拱圈位移、軸向位移、豎向位移數(shù)據(jù),得到了隧道施工過程圍巖位移、應(yīng)力變化曲線,分析了溶洞水壓、溶洞大小、隧道埋深等因素對(duì)圍巖的穩(wěn)定性影響規(guī)律,對(duì)前方含充水溶洞隧道施工的預(yù)警與防治有一定指導(dǎo)意義;(3)探究了防突巖柱破壞模式與巖柱失穩(wěn)分析方法,結(jié)合數(shù)值模擬提出了溶洞突水的新判據(jù):塑性區(qū)貫通--孔隙水壓力速率低值點(diǎn)--最大(小)主應(yīng)力卸荷點(diǎn),并給出了不同因素水平下巖體最小安全厚度范圍,結(jié)合各因素主導(dǎo)下的圍巖最小安全厚度,開展一元與多元回歸分析,給出了單一因素主導(dǎo)下的最小安全厚度數(shù)學(xué)預(yù)測模型以及多因素綜合作用下的最小安全厚度多元回歸方程,為類似工程最小安全厚度計(jì)算提供理論借鑒。(4)依托歇馬隧道為工程實(shí)例,研制了大埋深-高水壓隧道突水模型試驗(yàn)系統(tǒng),開展隧道前方充水溶洞突水災(zāi)變演化模型試驗(yàn),設(shè)置關(guān)鍵監(jiān)測斷面監(jiān)測模型開挖過程中的多元物理信息,分別對(duì)圍巖應(yīng)力、位移及滲壓信息演化規(guī)律進(jìn)行了研究,同時(shí)結(jié)合試驗(yàn)段的工程地質(zhì)信息輔以數(shù)值模擬驗(yàn)證;數(shù)值模擬中的多場信息變化規(guī)律與模型試驗(yàn)結(jié)果基本一致,由此界定了該工況下溶洞突水致災(zāi)的導(dǎo)水裂隙萌生、裂隙擴(kuò)展及裂隙貫通的3個(gè)階段,給出了該工程隧洞前方溶洞圍巖留設(shè)的防突厚度,可對(duì)類似的隧道工程掌子面前方溶洞的圍巖防突厚度留設(shè)提供理論借鑒。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U451.2;U458
【部分圖文】：

公路通渝隧道突泥，死亡５人；２００６年１月２１日宜萬鐵路馬鹿箐隧道突水，死亡１１人；２００７??年８月５日宜萬鐵路野三關(guān)隧道突水，死亡１０人，４２人獲救：２００８年４月１１日宜萬鐵路馬??鹿箐隧道突水，死亡５人。２１世紀(jì)以來的國內(nèi)重大隧道突水突泥事故如圖１．２所示。??１??

?４０?５０??圖１．１陡道災(zāi)害事故種類比例示意??在巖溶地區(qū)隧道工程建設(shè)過程中極易引發(fā)或突發(fā)不同規(guī)模的突水涌泥等災(zāi)害，該類災(zāi)害一??旦發(fā)生，輕則阻斷正常施工進(jìn)度，沖毀機(jī)器，淹沒隧道，導(dǎo)致工期延誤，重則造成重大人員傷??亡，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至迫使隧道停建或改線。據(jù)統(tǒng)計(jì)，２１世紀(jì)以來巖溶突水突泥災(zāi)??害頻頻發(fā)生：２００２年９月１０日渝懷鐵路圓梁山隧道突泥，死亡９人；２００４年２月２２日城黔??公路通渝隧道突泥，死亡５人；２００６年１月２１日宜萬鐵路馬鹿箐隧道突水，死亡１１人；２００７??年８月５日宜萬鐵路野三關(guān)隧道突水，死亡１０人，４２人獲救：２００８年４月１１日宜萬鐵路馬??鹿箐隧道突水，死亡５人。２１世紀(jì)以來的國內(nèi)重大隧道突水突泥事故如圖１．２所示。??１??

占國土總面積的１／３以上［７７＿７８］。由于巖溶地區(qū)地形地貌復(fù)雜，受兼有水量大、高水壓、高地應(yīng)力等特征，溶洞分布廣、數(shù)量多，交于巖溶區(qū)，無法避免的要穿越溶洞，在地表水或地下水源較多的巖巖完整性差、強(qiáng)度低、導(dǎo)水裂隙豐富，易發(fā)生突水、涌泥災(zāi)害，危影響因素??成和發(fā)育受多種因素影響，主要與地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地下水還受氣候、地貌等因素控制［８（＂８３］。其中，可溶性巖是溶洞產(chǎn)生的物育創(chuàng)造了條件，地下水的運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步促進(jìn)了溶洞的形成，溶洞規(guī)模制。??與溶洞發(fā)育??
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2856952