本文關鍵詞：層間孔隙巖溶水對水工隧洞圍巖穩(wěn)定性的影響研究

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【摘要】：本文采用理論分析和數(shù)值模擬等手段,在建立基于流固耦合理論的層間孔隙巖溶區(qū)有壓水工隧洞數(shù)值模型的基礎上,研究了層間孔隙巖溶水影響下有壓水工隧洞在開挖、運營以及檢修等三種工況下圍巖的穩(wěn)定性。本文的主要研究內(nèi)容及成果如下:(1)在已有研究成果的基礎上總結出了層間孔隙巖溶水及其影響巖層的基本概念、相關概化模型以及數(shù)值模型,并進行簡要介紹和實例例舉。(2)根據(jù)基本的滲流理論以及相應的水流運動方程,分析巖體孔隙度和體積變化之間的關系,提出研究滲流-應力耦合的具體分析方法,以已有研究中滲透系數(shù)、應力、應變和孔隙度之間的關系為基礎,分別建立耦合模型和有限元模型。(3)在分析有限元模型基礎上,采用ABAQUS軟件,利用滲透系數(shù)和體積應變之間關系編制用戶子程序,建立基于流固耦合理論的層間孔隙巖溶水對水工隧洞圍巖穩(wěn)定性影響的數(shù)值分析模型,針對各種工況進行計算、分析。(4)對有限元模型的計算結果進行應力分析,發(fā)現(xiàn)在開挖階段,隧洞下方均出現(xiàn)應力集中區(qū),該集中區(qū)面積隨隧洞洞徑增大而增大。圍巖受到的應力隨隧洞到巖體交界處距離減小而增大,且更容易出現(xiàn)應力集中區(qū)。隧洞圍巖應力水平均隨洞徑增大而增大,且圍巖應力隨著隧洞位于中部巖體的部分增大而增大。當隧洞跨層或全部位于含水層中時,圍巖應力值發(fā)生復雜突變并在各階段產(chǎn)生極不穩(wěn)定的反復變化。(5)對有限元模型的計算結果中關鍵點位移變化分析,發(fā)現(xiàn)在各種工況下,隧洞在三個主要階段的位移變化均表現(xiàn)為:向斷面中心收縮?豎直方向略微收縮,水平方向外擴?往斷面中心收縮。當隧洞洞徑不變且不跨層時,隧洞全部位于隔水層時的開挖拱頂下沉量與其在含水層時的開挖拱頂下沉量基本一致,但水平收斂位移在隧洞全部位于含水層時反而較小。
【關鍵詞】：層間孔隙巖溶 水工隧洞 有限元數(shù)值模擬
【學位授予單位】：重慶交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TV554;TV223
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 問題的提出及意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 巖溶水運動究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)11-13
• 1.2.2 巖溶區(qū)地下洞室研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.3 巖溶區(qū)有壓水工隧洞圍巖穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀15
• 1.3 本文研究內(nèi)容與方法15-17
• 1.3.1 本文研究內(nèi)容15-16
• 1.3.2 本文研究技術路線16-17
• 第二章 巖溶及層間巖溶水概述17-24
• 2.1 巖溶工程地質(zhì)17-19
• 2.1.1 巖溶的發(fā)育17
• 2.1.2 巖溶形態(tài)17-18
• 2.1.3 巖溶類型18-19
• 2.2 巖溶水及含水空隙介質(zhì)的劃分19-21
• 2.2.1 巖溶水簡述19-20
• 2.2.2 巖溶含水空隙介質(zhì)的劃分20-21
• 2.3 層間孔隙巖溶水概述21-23
• 2.4 本章小結23-24
• 第三章 層間孔隙巖溶水的滲流-應力流固耦合分析24-35
• 3.1 滲流理論24-27
• 3.1.1 滲流的基本概念及定律24-25
• 3.1.2 滲流的基本方程25-26
• 3.1.3 滲流的定解條件26-27
• 3.2 層間孔隙巖溶水滲流分析27-28
• 3.2.1 孔隙介質(zhì)概述27
• 3.2.2 巖層間孔隙巖溶水滲流及其模型分析27-28
• 3.3 巖體滲流場應力場流固耦合分析理論28-34
• 3.3.1 巖體滲流場與應力場的相互影響28-29
• 3.3.2 滲流—應力完全耦合的力學機理及演化模型29-32
• 3.3.3 巖體流固完全耦合的有限元離散32-34
• 3.4 本章小結34-35
• 第四章 巖溶水對隧洞圍巖穩(wěn)定性影響的分析模型35-41
• 4.1 巖溶水影響的概化模型35
• 4.2 有限元分析方案35-39
• 4.2.1 計算范圍和邊界條件35-36
• 4.2.2 屈服準則36-37
• 4.2.3 分析點的選擇37-38
• 4.2.4 分析工況的確定38
• 4.2.5 分析步驟38-39
• 4.3 ABAQUS的應用39-40
• 4.3.1 流固耦合應用40
• 4.3.2 本文所用ABAQUS的相關代碼40
• 4.4 本章小結40-41
• 第五章 不同洞徑大小的水工隧洞圍巖穩(wěn)定性分析41-55
• 5.1 有限元分析模型及分析工況41-42
• 5.2 不同洞徑大小水工隧洞圍巖受力特征分析42-49
• 5.2.1 隧洞中心位于上交界處42-44
• 5.2.2 隧洞中心位于中部巖體中心44-47
• 5.2.3 隧洞中心位于下交界處47-49
• 5.3 不同洞徑大小的隧洞圍巖位移變化特征分析49-53
• 5.3.1 各分析步中隧洞關鍵點位移變化特征分析49-52
• 5.3.2 隧洞位移變化關鍵參數(shù)比較分析52-53
• 5.4 不同洞徑大小的隧洞開挖涌水量分析53-54
• 5.5 本章小結54-55
• 第六章 不同位置的水工隧洞圍巖穩(wěn)定性分析55-68
• 6.1 有限元分析模型及分析工況55-56
• 6.2 不同位置的水工隧洞圍巖受力特征分析56-62
• 6.2.1 隧洞位于上部巖體且S1變化56-58
• 6.2.2 隧洞位于中部巖體且S2變化58-60
• 6.2.3 隧洞位于下部巖體且S3變化60-62
• 6.3 不同位置的隧洞圍巖位移變化特征分析62-66
• 6.3.1 各分析步中隧洞關鍵點位移變化特征分析63-65
• 6.3.2 隧洞位移變化關鍵參數(shù)比較分析65-66
• 6.4 不同位置的隧洞開挖涌水量分析66-67
• 6.5 本章小結67-68
• 第七章 水工隧洞跨層時的圍巖穩(wěn)定性分析68-79
• 7.1 有限元分析模型及分析工況68
• 7.2 水工隧洞跨層時圍巖受力特征分析68-73
• 7.2.1 水工隧洞跨上交界處68-71
• 7.2.2 水工隧洞跨下交界處71-73
• 7.3 水工隧洞跨層時圍巖位移變化特征分析73-77
• 7.3.1 各分析步中隧洞關鍵點位移變化特征分析74-77
• 7.3.2 隧洞位移變化關鍵參數(shù)比較分析77
• 7.4 水工隧洞各種跨層情況下隧洞開挖涌水量分析77-78
• 7.5 本章小結78-79
• 第八章 工程實例分析79-84
• 8.1 工程概述79
• 8.2 有限元模擬方案設計79-80
• 8.3 有限元模擬結果分析80-83
• 8.3.1 水工隧洞圍巖受力特征分析80-82
• 8.3.2 水工隧洞圍巖應變特征分析82
• 8.3.3 水工隧洞圍巖位移變化特征分析82-83
• 8.3.4 水工隧洞圍巖水力特性分析83
• 8.4 本章小結83-84
• 第九章 結論及建議84-87
• 9.1 本文研究成果及主要結論84-85
• 9.2 進一步研究建議85-87
• 致謝87-88
• 參考文獻88-91
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表論文及參與科研情況91

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 趙明階,敖建華,劉緒華,王彪;隧道底部溶洞對圍巖變形特性的影響分析[J];重慶交通學院學報;2003年02期

2 趙明階,王學軍,劉緒華,敖建華,王彪;隧道側(cè)巖溶分布對圍巖穩(wěn)定性影響的數(shù)值模擬研究[J];重慶建筑大學學報;2003年01期

3 張有天;;裂隙巖體滲流數(shù)學模型研究現(xiàn)況[J];人民長江;1991年03期

4 王恩志,孫役,黃遠智,王慧明;三維離散裂隙網(wǎng)絡滲流模型與實驗模擬[J];水利學報;2002年05期

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本文編號：867634