富水岩溶隧道与隐伏溶洞间安全距离预测研究

发布时间：2017-06-14 03:15

  本文关键词：富水岩溶隧道与隐伏溶洞间安全距离预测研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文依托于沪昆高铁工程贵州段岗乌隧道项目,从隧址区岩溶发育规律、岩溶不良地质体探测手段、岩溶含水体发育安全距离等角度进行研究：(1)结合隧址区地质条件,对隧址区内地下水特征及岩溶发育规律进行研究。隧址区地下水除接受季节性大气降水竖向补给外,还接受相邻含水构造间的侧向补给,位于垂直渗流带和季节变动带之间,受季节变动影响较大,落水洞、水平状溶洞均有发育,局部存在大型溶洞；隧址区与压性构造逆断层葫芦井-樱桃窝断层相交,断层为地下水提供输送通道的同时,构造断层面附近常发育断层泥或糜棱岩等非可溶隔水岩体形成隔水带,其与可溶岩分界边缘易发生水压力集中,发育承压含水层,从而形成岩溶致灾体发育密集区域。经电阻率物探成像法探测及工程揭露验证,隧址区与该断裂相交 区域断层上下盘附近均存在岩溶致灾体强发育的情况。(2)进行不良含水体探测手段研究。综合利用多种电磁波发、地震波法、红外探水法等多种物探手段对隧址区不良地质体特别是岩溶含水体进行探测,对典型波普图像进行解译分析,分析各物探手段的优缺点并采用长短结合的原则对岗乌隧道进行综合预报。(3)将掌子面与溶洞间岩体简化为两端固支梁模型,根据岩体势能建立基于突变理论的势函数,并通过泰勒展开将其转化为势函数标准形式,根据突变奇点集控制平面u-v,确定临界破坏边界条件,从而推导出临界安全距离解析计算公式。可以得到如下结论：①溶洞与掌子面前方区域斜交临界安全距离影响因素有：重力、地应力、弹性模量、岩墙两侧压力差、斜交的角度和隧道直径；②溶洞位于掌子面前方区域内(小于隧道跨度)临界安全距离的影响因素有：重力、地应力、弹性模量、岩墙两侧压力差、斜交的角度和隧道直径;③溶洞位于掌子面前方区域内(大于隧道跨度)临界安全距离的影响因素有：隧道直径、岩墙两侧压力差、岩盘岩体泊松比和围岩弹性模量；④简化固支梁两端均受地应力作用,当隧道埋深增大时,安全距离呈非线性增加；围岩等级越高,岩体弹性模量越小,临界安全距离越大,越易发生突水；溶洞跨度越大,临界安全距离越大,岩墙塑性区域范围越大,越易发生突水。(4)建立有限元数值模拟概化模型,对不同空间形态、空间位置及水压力的岩溶含水体进行数值模拟研究。研究可知突水灾害掌子面最大变形位移往往集中于掌子面几何中心,且沿洞轴走向负方向；岩溶发育规模、岩墙厚度、岩溶水压均为突水灾害发生的重要影响因素,当掌子面距离溶洞接近1m且水压超过1Mpa时,突水灾害发生概率极高；掌子面拱顶部位易产生压应力集中,掌子面下侧底板部位易产生拉应力集中。
【关键词】：岩溶突水 超前地质预报 突变理论 安全距离 数值模拟
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U452.1;P642.25
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 1. 绪论13-23
• 1.1 研究背景13-14
• 1.2 国内外研究现状14-21
• 1.2.1 岩溶地质研究现状14-16
• 1.2.2 岩溶区域不良地质体预测研究现状16-18
• 1.2.3 岩溶区域高压富水隧道研究现状18-19
• 1.2.4 岩溶隧道富水溶洞安全距离研究19-21
• 1.3 研究内容和技术路线21-23
• 1.3.1 研究内容21-22
• 1.3.2 技术路线22-23
• 2. 岩溶隧道岩溶发育特征研究23-43
• 2.1 岩溶区隧道岩溶发育规律23-26
• 2.1.1 岩溶发育的成因23-24
• 2.1.2 岩溶区岩溶地质体发育规律24-26
• 2.2 岗乌隧道工程地质概况26-31
• 2.2.1 工程概况26-27
• 2.2.2 地层岩性27-28
• 2.2.3 地质构造28-29
• 2.2.4 不良地质及特殊岩土29-30
• 2.2.5 环境工程地质30-31
• 2.3 岗乌隧道地下水特征研究31-39
• 2.3.1 地表水31
• 2.3.2 地下水特征31-32
• 2.3.3 地下水的补给、径流、排泄32-34
• 2.3.4 水化学特征34
• 2.3.5 隧道涌水量预测34-39
• 2.4 岗乌隧道岩溶致灾体发育特征39-41
• 2.5 小结41-43
• 3. 富水隐伏溶洞发育探测技术研究43-65
• 3.1 地质雷达43-50
• 3.1.1 地质雷达工作原理43-44
• 3.1.2 典型地质雷达波谱分析44-50
• 3.2 地震波法50-53
• 3.2.1 TRT6000原理50-51
• 3.2.2 典型地震波法图谱分析51-53
• 3.3 红外探水53-54
• 3.3.1 红外探水探测原理53
• 3.3.2 红外探水探测分析原则53-54
• 3.4 多手段综合预报岗乌隧道应用研究54-63
• 3.4.1 综合预报原则54-55
• 3.4.2 岗乌隧道综合预报实例55-63
• 3.5 小结63-65
• 4. 富水隧道掌子面前方岩溶安全距离理论研究65-81
• 4.1 突变理论65-70
• 4.1.1 突变理论原理65-66
• 4.1.2 尖点突变模型的建立66-70
• 4.2 隐伏溶洞尖点突变理论安全距离分析70-77
• 4.2.1 系统势函数的确定70-71
• 4.2.2 溶洞与掌子面前方区域斜交71-74
• 4.2.3 溶洞位于掌子面前方区域内(大于隧道跨度)74-76
• 4.2.4 溶洞位于掌子面前方区域内(小于隧道跨度)76-77
• 4.3 安全距离临界值影响因素研究77-78
• 4.4 沪昆高铁岗乌隧道岩溶实例研究78-80
• 4.4.1 岗乌隧道溶洞与掌子面前方斜交实例78-79
• 4.4.2 大独山隧道大跨度溶洞位于掌子面前方区域实例79-80
• 4.5 小结80-81
• 5. 隐伏含水体隧道变形规律数值模拟研究81-97
• 5.1 数值模拟方法研究81-84
• 5.1.1 工程领域数值模拟研究现状81-82
• 5.1.2 ABAQUS软件简介82-84
• 5.2 隐伏溶洞掌子面前方安全距离数值模拟84-95
• 5.2.1 概化模型类型分析84
• 5.2.2 模型参数选取84-87
• 5.2.3 数值模拟87-93
• 5.2.4 基于数值模拟的隐伏溶洞变形规律分析93-95
• 5.3 小结95-97
• 6. 结论及展望97-99
• 参考文献99-103
• 作者简历103-107
• 学位论文数据集107

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