巖溶富水隧道多場耦合分析及涌水量預(yù)測研究.pdf

1、在山嶺隧道施工過程中，受地下水影響的隧道圍巖穩(wěn)定性變化以及突水、突泥等問題一直困擾著工程界。在巖溶富水地區(qū)修建隧道時(shí)，由于地下水的存在，使隧道圍巖穩(wěn)定性變化規(guī)律及地下水涌水量的預(yù)測問題變的更為復(fù)雜，如果不能有效預(yù)測、控制地下水，則發(fā)生突水等災(zāi)害事故的可能性增大，進(jìn)而影響到工程的順利施工，甚至危及到人的生命、財(cái)產(chǎn)安全。因此，針對(duì)巖溶富水隧道地質(zhì)災(zāi)害復(fù)雜的特點(diǎn)，開展隧道施工過程中應(yīng)力場、滲流場、位移場之間的多場耦合問題研究，提出隧道涌水量預(yù)

2、測方法，對(duì)巖溶隧道的安全施工是很有必要的。
　　本文以巖溶富水隧道現(xiàn)場監(jiān)控量測、水文觀測為依托，采用理論分析、現(xiàn)場試驗(yàn)和監(jiān)測、數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，分析了地下滲流場變化對(duì)圍巖應(yīng)力場和位移場的作用機(jī)理，研究了應(yīng)力場、位移場和滲流場多場耦合數(shù)學(xué)模型，研究了巖溶富水隧道的滲流場、應(yīng)力場、位移場之間的相互作用規(guī)律，在多場耦合的基礎(chǔ)上提出了巖溶隧道最大涌水量的計(jì)算方法，并以實(shí)際在建隧道為工程背景，進(jìn)行了多種理論方法的涌水量預(yù)測，并與施工過程

3、中實(shí)際監(jiān)測涌水量對(duì)比，得出涌水量預(yù)測方法的準(zhǔn)確性。并采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，獲得了滲流水影響下隧道圍巖松動(dòng)圈發(fā)育范圍，驗(yàn)證了數(shù)值模擬結(jié)果的有效性。本文主要的研究成果如下：
　　①在理論分析基礎(chǔ)上，通過三泉隧道工程實(shí)例進(jìn)行了水均衡法、地下徑流模數(shù)法以及泉流量匯總法進(jìn)行了涌水量的預(yù)測，根據(jù)隧道施工過程中涌水量實(shí)際監(jiān)測結(jié)果，進(jìn)行各分區(qū)涌水量預(yù)測的準(zhǔn)確率分析，結(jié)果表明在地下水補(bǔ)給明確時(shí)，使用地下徑流模數(shù)法預(yù)測巖溶隧道的涌水量的準(zhǔn)確度最高

4、，水均衡法次之。同時(shí)降雨量和涌水量之間的關(guān)系表明隧道主要水源補(bǔ)給靠大氣降雨，證明了地下徑流模數(shù)法和水均衡法在巖溶富水隧道涌水量預(yù)測的可行性與可靠性。根據(jù)工程實(shí)例分析了巖溶地區(qū)富水隧道在遇到大型垂向巖溶管道涌水時(shí)的處理方案，給類似地質(zhì)條件的隧道工程的建設(shè)提供一定的借鑒和參考。
　?、谕ㄟ^工程現(xiàn)場試驗(yàn)，選取典型斷面進(jìn)行了監(jiān)測，結(jié)果表明：受地下水的影響會(huì)引起應(yīng)力場以及巖體強(qiáng)度的變化。不同地下水條件下，受地下水滲流影響大的圍巖壓力變化值、

5、圍巖位移值以及松動(dòng)圈范圍均大于受地下水滲流影響小的。因此，在巖溶富水隧道工程中，地下水滲流會(huì)造成應(yīng)力場變化值增加、圍巖位移值增大以及松動(dòng)圈范圍變大的結(jié)果，采用多點(diǎn)位移計(jì)測量出隧道圍巖松動(dòng)圈的范圍，驗(yàn)證了地質(zhì)雷達(dá)測量隧道圍巖松動(dòng)圈的準(zhǔn)確性。
　　③利用數(shù)值模擬，以三泉隧道工程為背景，研究了多場耦合條件下隧道圍巖應(yīng)力場、位移場以及塑性區(qū)的分布規(guī)律，結(jié)果表明滲流場會(huì)對(duì)圍巖的應(yīng)力、位移以及塑性區(qū)造成明顯的影響，數(shù)值分析的結(jié)果和理論解析以及