隧道前方充水溶洞对围岩稳定性影响与防突安全厚度研究

发布时间：2020-10-26 11:41

　　 本文以隧道前方充水溶洞为研究对象,统计研究了溶洞的发育特征及空间分布规律并对溶洞进行了类型划分;以数值模拟为主要研究手段,选取三种主要影响因素对隧道前方溶洞的围岩稳定性影响展开了研究,结合各影响因素数值模拟下的最小安全厚度数据,回归分析了不同因素主导下的最小安全厚度数学预测模型,以及多因素综合作用下的最小安全厚度多元回归方程以歇马隧道为工程依托,通过模型试验对试验段工况进行模拟分析并辅以数值模拟验证,获得了围岩应力、位移及渗压信息演化规律,将溶洞突水致灾发育过程界定为三阶段,最终给出了该工程隧道前方溶洞防突应留设的安全厚度,主要成果如下:(1)从地层岩性、地质构造、地下水动力特征、气候地貌等4方面分析了溶洞的发育条件,概括了溶洞的发育阶段与空间分布规律,可从溶洞赋存角度避免隧道选线中遭遇溶洞灾害,减小隧道施工难度;对近年来几十条隧道溶洞突涌水典型案例进行统计分析,为溶洞突水灾害研究提供案例参考;从溶洞形态、揭露情况、充填性等方面对溶洞类型进行了分类,制定不同类型溶洞灾害防治措施。(2)建立了隧道前方充水溶洞数值模型,分4水平3因素共10种工况进行计算,分别查看最大、最小主应力、轴向位移云图,提取溶洞附近围岩拱圈应力、拱圈位移、轴向位移、竖向位移数据,得到了隧道施工过程围岩位移、应力变化曲线,分析了溶洞水压、溶洞大小、隧道埋深等因素对围岩的稳定性影响规律,对前方含充水溶洞隧道施工的预警与防治有一定指导意义;(3)探究了防突岩柱破坏模式与岩柱失稳分析方法,结合数值模拟提出了溶洞突水的新判据:塑性区贯通--孔隙水压力速率低值点--最大(小)主应力卸荷点,并给出了不同因素水平下岩体最小安全厚度范围,结合各因素主导下的围岩最小安全厚度,开展一元与多元回归分析,给出了单一因素主导下的最小安全厚度数学预测模型以及多因素综合作用下的最小安全厚度多元回归方程,为类似工程最小安全厚度计算提供理论借鉴。(4)依托歇马隧道为工程实例,研制了大埋深-高水压隧道突水模型试验系统,开展隧道前方充水溶洞突水灾变演化模型试验,设置关键监测断面监测模型开挖过程中的多元物理信息,分别对围岩应力、位移及渗压信息演化规律进行了研究,同时结合试验段的工程地质信息辅以数值模拟验证;数值模拟中的多场信息变化规律与模型试验结果基本一致,由此界定了该工况下溶洞突水致灾的导水裂隙萌生、裂隙扩展及裂隙贯通的3个阶段,给出了该工程隧洞前方溶洞围岩留设的防突厚度,可对类似的隧道工程掌子面前方溶洞的围岩防突厚度留设提供理论借鉴。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U451.2;U458
【部分图文】：

公路通渝隧道突泥，死亡５人；２００６年１月２１日宜万铁路马鹿箐隧道突水，死亡１１人；２００７??年８月５日宜万铁路野三关隧道突水，死亡１０人，４２人获救：２００８年４月１１日宜万铁路马??鹿箐隧道突水，死亡５人。２１世纪以来的国内重大隧道突水突泥事故如图１．２所示。??１??

?４０?５０??图１．１陡道灾害事故种类比例示意??在岩溶地区隧道工程建设过程中极易引发或突发不同规模的突水涌泥等灾害，该类灾害一??旦发生，轻则阻断正常施工进度，冲毁机器，淹没隧道，导致工期延误，重则造成重大人员伤??亡，产生巨大的经济损失，甚至迫使隧道停建或改线。据统计，２１世纪以来岩溶突水突泥灾??害频频发生：２００２年９月１０日渝怀铁路圆梁山隧道突泥，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日宜万铁路马鹿箐隧道突水，死亡１１人；２００７??年８月５日宜万铁路野三关隧道突水，死亡１０人，４２人获救：２００８年４月１１日宜万铁路马??鹿箐隧道突水，死亡５人。２１世纪以来的国内重大隧道突水突泥事故如图１．２所示。??１??

占国土总面积的１／３以上［７７＿７８］。由于岩溶地区地形地貌复杂，受兼有水量大、高水压、高地应力等特征，溶洞分布广、数量多，交于岩溶区，无法避免的要穿越溶洞，在地表水或地下水源较多的岩岩完整性差、强度低、导水裂隙丰富，易发生突水、涌泥灾害，危影响因素??成和发育受多种因素影响，主要与地层岩性、地质构造、地下水还受气候、地貌等因素控制［８（＂８３］。其中，可溶性岩是溶洞产生的物育创造了条件，地下水的运动进一步促进了溶洞的形成，溶洞规模制。??与溶洞发育??
【参考文献】

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本文编号：2856952