隧道开挖中瓦斯渗流数值模拟及灾害防治研究

发布时间：2017-10-22 13:16

  本文关键词：隧道开挖中瓦斯渗流数值模拟及灾害防治研究

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【摘要】：隧道瓦斯灾害为隧道的建设施工带来了极大的危险性,造成了极大的生命财产损失和恶劣的社会影响。隧道瓦斯灾害的发生多是由于开挖活动引起煤岩裂隙结构发生改变,煤岩内的瓦斯气体向外释放而引起的,因此,研究隧道开挖过程中的瓦斯渗流规律对隧道瓦斯灾害的防治,具有重要的理论意义和工程应用价值。本文根据含瓦斯煤岩的孔裂隙结构特征及瓦斯扩散与流动相关理论,构建了煤岩应力场和瓦斯渗流场的气固耦合模型,利用多物理场耦合分析软件对隧道开挖过程中煤层的瓦斯渗流进行了模拟分析,并结合现有研究和工程经验,提出了隧道瓦斯灾害防治措施,主要研究成果如下： (1)通过对含瓦斯煤岩的应力分析和瓦斯流动理论分析,建立了煤岩瓦斯气固耦合模型。 (2)利用多物理场耦合分析软件建立模型,并对隧道开挖过程中的煤岩瓦斯渗流进行模拟,获得了开挖过程中瓦斯压力、瓦斯含量和瓦斯流速的变化规律。通过改变边界条件和初始瓦斯压力,模拟了隧道埋深和初始瓦斯压力对瓦斯渗流的影响,并通过模拟不同揭煤长度时的瓦斯渗流规律,分析了揭煤长度对煤层中瓦斯渗流的影响。 (3)通过分析影响瓦斯灾害发生的几个因素和工程实际情况,结合模拟分析结果,提出了隧道瓦斯灾害防治的施工处治措施和工程结构处治措施。
【关键词】：瓦斯隧道开挖 气固耦合 数值模拟 渗流 瓦斯防治
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD712
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-18
• 1.1 研究背景及意义8-12
• 1.1.1 隧道建设状况8-12
• 1.1.2 论文研究意义12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 岩石破裂过程试验及检测方法12-16
• 1.2.2 扰动条件下煤岩瓦斯运移特征研究现状16
• 1.3 本文研究内容16-17
• 1.4 技术路线17-18
• 2 煤岩孔隙结构特征及瓦斯扩散与流动理论18-34
• 2.1 含瓦斯煤岩的孔隙结构特征18-25
• 2.1.1 煤岩孔隙结构18-21
• 2.1.2 含瓦斯煤岩裂隙21-22
• 2.1.3 孔隙率模型22-25
• 2.2 瓦斯扩散与流动理论25-33
• 2.2.1 含瓦斯煤岩中的瓦斯赋存25-28
• 2.2.2 瓦斯运移机理28-31
• 2.2.3 煤层瓦斯渗流特性31-33
• 2.3 本章小结33-34
• 3 隧道含瓦斯煤层段揭煤过程瓦斯气固耦合数值模拟研究34-61
• 3.1 气固耦合问题的求解方法34-35
• 3.2 煤岩瓦斯气固耦合模型的建立35-43
• 3.2.1 含瓦斯煤岩的变形控制方程36-38
• 3.2.2 含瓦斯煤岩体瓦斯渗流耦合方程38-41
• 3.2.3 煤岩瓦斯气固耦合模型41
• 3.2.4 定解条件41-43
• 3.3 隧道含瓦斯煤层段揭煤过程瓦斯渗流数值模拟43-60
• 3.3.1 多物理场耦合软件43
• 3.3.2 数值模型的建立43-46
• 3.3.3 模型计算结果分析46-60
• 3.4 本章小结60-61
• 4 隧道开挖过程中瓦斯灾害防治研究61-78
• 4.1 隧道瓦斯灾害分析61-65
• 4.1.1 瓦斯灾害类型61-62
• 4.1.2 瓦斯灾害特点62-63
• 4.1.3 瓦斯致灾因子分析63-65
• 4.2 防治措施65-74
• 4.2.1 隧道施工处置措施65-73
• 4.2.2 隧道工程结构处置措施73-74
• 4.3 某公路低瓦斯隧道处置措施74-77
• 4.3.1 工程概况74-75
• 4.3.2 穿煤处理75-76
• 4.3.3 隧道穿煤段围岩安全保证措施76-77
• 4.4 本章小结77-78
• 5 结论与展望78-80
• 5.1 主要结论78-79
• 5.2 展望79-80
• 参考文献80-85
• 致谢85-86
• 攻读学位期间主要的研究成果86

【共引文献】

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本文编号：1078525