川南中坝隧道岩溶地下水系统数值模型识别探讨

发布时间：2019-03-12 08:33

【摘要】：位于四川盆地南侧的地方铁路叙大线,沿线岩溶形态发育,对于铁路建设影响显著。其中中坝隧道是该工程的一条重要控制隧道,为一典型的岩溶隧道。2012年7月该隧道施工揭露暗河发生突水突泥灾害,其隧道涌突水问题以及环境水文地质问题突出,故需对隧道工程与地下水环境相互影响进行预测分析。数值模拟是目前研究隧道岩溶水问题的主要手段之一,但由于隧道线状地质勘察的特点,往往收集的基础资料仅在隧道线附近较为详细,而其它区域则很少,这就导致对研究区的模型概化方面存在较大缺陷。此时水均衡拟合、观测井水位拟合、渗流场拟合等传统校验模型的方法并不能对模型进行真正意义上的校验,这影响了数值模拟技术方法的应用。如何有效利用既有观测资料识别模型,无疑对于提高数值模拟的精度,更好利用其功能十分有益。本文在岩溶水系统分析的基础上,采用Visual Modflow对研究区渗流场进行模拟,并结合中坝隧道突水突泥这一特征,利用实测涌水量对模型进行进一步的识别,以此对模型精度进行修正。后在此基础上对不同方案下地下水流场进行预测分析。论文主要的研究成果有以下几个方面： (1)研究区位于四川盆地与云贵高原交接部,其属于河间地块地貌,区内地形地貌受到东西两侧河流的共同切割控制。区内构造条件简单,并没有断裂构造体通过。研究区内主要可溶岩地层为三叠系雷口坡组(T21)、嘉陵江组(T1j)、二叠系茅口组(Plm),其中茅口组岩溶发育程度最高,嘉陵江组稍次,雷口坡组最弱； (2)研究区主要为裸露型岩溶,可溶岩分布具有较为明显的集中性、出露面积大,在区内形成一可溶岩条带。该条带内落水洞、洼地、暗河管道等岩溶形态丰富,地表岩溶形态受区内构造线控制,顺层沿轴向呈串珠状展布,发育高程多在850-1000m左右。位于隧道东侧的溶蚀现象,地表发育的各个岩溶形态的底部高程具有阶梯状的下降趋势,并呈现一定的方向指示性。区内岩溶发育具有较为明显的垂向分带性； (3)根据研究区内含水岩组的差异等因素将研究区划分为两个水文地质单元：二叠系岩溶水单元和三叠系岩溶水单元。隧道主要位于三叠系岩溶水单元,根据分水岭将其细分为Ⅰ-1岩溶水单元和Ⅰ-2岩溶水单元,并对各个单元进行分析； (4)在分析研究区岩溶水系统特征的基础上,利用Visual Modflow建立研究区岩溶水系统的地下水三维渗流场模型。在此基础上根据中坝隧道突水突泥特征在模型中选取合适对象,与实测涌水量结合起来对模型进行进一步识别。最终当岩溶高发育区概化宽度为200m,地下水分水岭距离头道河一侧2958m时,模型计算得到的涌水量值与实测值最为接近,认为该方案最为合理； (5)在上述研究基础上建立模型对隧道在未揭露暗河和揭露暗河、封堵工况下预测分析研究区渗流场的相应变化。结果显示,在未揭露暗河一年后地下水分水岭位置往头道河一侧迁移,迁移距离约为300m,隧道最大降深达到了25m,以隧道线为中心影响范围为1.1km左右；揭露暗河一年后地下水分水岭迁移距离约为700m,影响范围内的地下水最大降深达到了70m,隧道西侧影响范围约为1.5km,东侧影响范围约为3.1km；隧道封堵2年后地下水位已恢复至与天然状态基本相同； (6)本次研究采用数值模型识别中坝隧道所在的岩溶水系统,在复杂岩溶水系统识别中作出了有益的探索,但仍存在诸多不足,该方法在实际应用过程中还有待改进。虽然存在诸多不足,但为后续类似情况地区的模拟研究提供了一种思路和参考。
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【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U452.11

【参考文献】