本文關(guān)鍵詞：復(fù)雜水文地質(zhì)條件下德江隧道突水防災(zāi)頂板安全距離研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在貴州巖溶山區(qū),巖溶地下水十分豐富,給隧道建設(shè)造成了諸多難題,主要表現(xiàn)為隧道涌突水。貴州省德江至務(wù)川高速公路由于地形等條件的限制須穿越石朝向斜富水地質(zhì)構(gòu)造,擬以德江隧道穿越(5.4km),為目前貴州省規(guī)劃建設(shè)最長的公路隧道,因向斜構(gòu)造儲水作用和底部泥巖對地下水的阻隔作用德江隧道上方形成了規(guī)模巨大的地下暗河系統(tǒng),水頭高達210m,流量達3.8m3/s,涌突水問題是影響該特長隧道建設(shè)的關(guān)鍵水文地質(zhì)問題。隧道上方含水層為二疊系茅口組厚層灰?guī)r,巖溶極為發(fā)育,水力聯(lián)系強,隧道頂板巖性為二疊系棲霞組灰?guī)r夾泥巖,為弱透水地層,具有相對隔水能力,但圍巖級別低。隧道頂板厚度預(yù)計為45m,不排除小于45m的可能,隧道開挖卸荷將導(dǎo)致部分裂隙擴張,滲透性增大,高水頭地下水在裂隙中滲流可能導(dǎo)致裂隙進一步演化,甚至發(fā)生劈裂,當頂板厚度過薄時將導(dǎo)致突水,所以德江隧道突水防災(zāi)頂板安全距離是德江隧道安全建設(shè)的關(guān)鍵,具有重要的研究意義和價值。本文在對隧址區(qū)工程、水文地質(zhì)條件評價的基礎(chǔ)上,對隧道頂板性質(zhì)進行了定性分析,借鑒“三下”采煤造成圍巖的損傷和破壞而形成導(dǎo)水裂隙帶導(dǎo)通地下水的研究思維,結(jié)合離散元裂隙網(wǎng)絡(luò)流固耦合數(shù)值模擬對德江隧道突水防災(zāi)頂板安全距離進行研究,主要得到以下幾點結(jié)論:1、通過地質(zhì)剖面調(diào)繪、鉆孔巖性及揭露巖溶情況得出德江隧道頂板巖性為灰?guī)r夾鈣質(zhì)泥巖,非質(zhì)地純厚的灰?guī)r,且位于深部緩流帶以下,巖溶不發(fā)育,但圍巖級別低,通過鉆孔壓水試驗得出2.3MPa下頂板巖層單位透水率為3.14Lu,為弱透水層,具有一定的隔水能力,所以對德江隧道的威脅是來自于隧道開挖卸荷導(dǎo)致的局部巖體裂隙擴張和滲透性改變,在高水頭作用下裂隙進一步演化,當弱透水頂板過薄時可能喪失隔水能力而導(dǎo)致突水。2、通過離散元數(shù)值模擬得出圍巖強度、結(jié)構(gòu)面強度、巖層產(chǎn)狀和隧道埋深對隧道開挖卸荷形成導(dǎo)水裂隙具有不同程度的影響,德江隧道開挖卸荷形成的導(dǎo)水裂隙高度大于頂板厚度,將波及上覆高壓含水層,隧道開挖將受到上覆高壓巖溶地下水一定的影響,同時工程類比法也得出45m頂板厚度偏小,德江隧道存在一定的涌突水風(fēng)險。3、通過不同頂板厚度下德江隧道開挖離散元流固耦合數(shù)值模擬得出,在210m高水頭流固耦合作用下頂板為10m、15m和20m厚度時頂板都發(fā)生了垮塌,且水壓力均大于1MPa,最大達到1.6MPa,最大瞬時流量均大于0.1m3/s,最大達到0.665m3/s,頂板基本喪失隔水能力,判定隧道發(fā)生了突水,當頂板厚度大于等于25m時在流固耦合作用下未能導(dǎo)致頂板垮塌,僅能導(dǎo)致頂板出現(xiàn)較大變形,隨著頂板厚度的增大,變形量、涌突水壓力和最大瞬時流量明顯減小,頂板逐漸發(fā)揮相對隔水能力,所以德江隧道突水防災(zāi)頂板安全距離約為25m。4、德江隧道石朝向斜軸部預(yù)計頂板厚度為45m,流固耦合數(shù)值模擬得到不考慮初期支護條件下德江隧道拱頂變形值為0.137m,最大涌水壓力為0.412MPa,最大瞬時流量為0.028m3/s;施加初期支護條件下拱頂變形值為0.072m,小于0.12m容許變形值,最大涌水壓力值為0.25MPa,最大瞬時流量為0.022m3/s;不考慮耦合作用的地下水動力學(xué)方法計算得涌水壓力為0.0268MPa,所以45m頂板厚度下開挖隧道,圍巖變形值在可控范圍內(nèi),圍巖具備一定的隔水能力,隧道僅能襲奪部分水體,不會發(fā)生突水,但水壓力值和流量值較大需要進行注漿加固,通過地下水動力學(xué)方法理論計算得德江隧道合理注漿加固圈參數(shù)達ng=50,tg≥6m后可以合理降低高水頭地下水對德江隧道的威脅。
【關(guān)鍵詞】：隧道水文地質(zhì)評價 隧道突水防災(zāi) 二維離散元 UDEC 裂隙網(wǎng)絡(luò)流固耦合 頂板安全距離 注漿加固圈參數(shù)
【學(xué)位授予單位】：貴州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U453.61
【目錄】：

• 摘要5-7
• Summary7-9
• 1 緒論9-19
• 1.1 問題的提出及選題依據(jù)9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 隧道涌突水災(zāi)害調(diào)研10-11
• 1.2.2 隧道涌突水機理研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.3 隧道突水防災(zāi)安全距離研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.4 國內(nèi)外研究存在的問題15
• 1.3 研究內(nèi)容與研究方法15-16
• 1.3.1 研究內(nèi)容15-16
• 1.3.2 技術(shù)路線16
• 1.4 主要工作與成果16-19
• 1.4.1 主要完成的工作16-17
• 1.4.2 取得的主要成果17-19
• 2 研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件19-36
• 2.1 地理位置及交通19
• 2.2 地形地貌19-20
• 2.3 氣象水文20-21
• 2.3.1 氣象20-21
• 2.3.2 水文21
• 2.4 地層巖性21-23
• 2.5 地質(zhì)構(gòu)造23-25
• 2.5.1 文新斷層23-24
• 2.5.2 長豐背斜24
• 2.5.3 石朝向斜24-25
• 2.6 水文地質(zhì)條件25-32
• 2.6.1 水文地質(zhì)單元劃分25-27
• 2.6.2 地表水27
• 2.6.3 地下水類型27-28
• 2.6.4 地下水補給、徑流排泄特征28-29
• 2.6.5 地下河系統(tǒng)29-32
• 2.7 巖溶發(fā)育特征32-34
• 2.7.1 巖溶組合形態(tài)32
• 2.7.2 巖溶發(fā)育規(guī)律32-34
• 2.8 德江隧道頂板圍巖性質(zhì)定性分析34-36
• 3 德江隧道突水防災(zāi)頂板安全距離工程類比36-44
• 3.1 頂板隔水作用36
• 3.2 挪威隧道經(jīng)驗法36-38
• 3.3 日本最小涌水量方法38-40
• 3.4 頂水采煤經(jīng)驗法40-41
• 3.5 德江隧道頂板厚度工程類比計算41-43
• 3.6 德江隧道頂板厚度工程類比結(jié)果分析43-44
• 4 隧道開挖卸荷造成圍巖裂隙擴張離散元數(shù)值模擬44-61
• 4.1 UDEC及離散單元法44-49
• 4.1.1 UDEC及離散單元法簡介44-45
• 4.1.2 物理方程45
• 4.1.3 運動方程45-48
• 4.1.4 離散元在本研究中的優(yōu)越性48-49
• 4.2 隧道開挖形成導(dǎo)水裂隙的影響因素49-56
• 4.2.1 影響因素49
• 4.2.2 裂隙擴張離散元數(shù)值模擬正交實驗49-56
• 4.3 德江隧道開挖裂隙擴張高度離散元數(shù)值模擬56-59
• 4.3.1 模型建立56-57
• 4.3.2 參數(shù)及邊界條件57-58
• 4.3.3 模擬結(jié)果58-59
• 4.4 小結(jié)59-61
• 5 德江隧道突水防災(zāi)頂板安全距離61-89
• 5.1 裂隙流固耦合原理61-63
• 5.1.1 滲流場61
• 5.1.2 力學(xué)場61-62
• 5.1.3 滲流場與力學(xué)場相互作用62-63
• 5.2 基于裂隙網(wǎng)絡(luò)流固耦合確定德江隧道突水防災(zāi)頂板安全距離63-81
• 5.2.1 模型建立及邊界條件63-64
• 5.2.2 流固耦合模擬步驟64
• 5.2.3 本構(gòu)模型及參數(shù)選擇64-66
• 5.2.4 流固耦合模擬結(jié)果66-79
• 5.2.5 德江隧道突水防災(zāi)頂板安全距離確定79-81
• 5.3 德江隧道預(yù)計 45m厚度頂板合理注漿加固圈參數(shù)81-88
• 5.3.1 德江隧道防、排水系統(tǒng)81-82
• 5.3.2 注漿圈對隧道涌水量及水壓力的影響82-85
• 5.3.3 隧道合理注漿加固圈參數(shù)確定85-88
• 5.4 小結(jié)88-89
• 6 結(jié)論與展望89-91
• 6.1 結(jié)論89-90
• 6.2 展望90-91
• 致謝91-92
• 主要參考文獻92-94
• 附錄94-95

  本文關(guān)鍵詞：復(fù)雜水文地質(zhì)條件下德江隧道突水防災(zāi)頂板安全距離研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：288090