孔隙含水巖石中地下結(jié)構(gòu)的水力荷載.pdf

1、隨埋深的增大，高壓孔隙水破壞巖石地下結(jié)構(gòu)襯砌的問題日益凸顯。為建立含水巖層中地下結(jié)構(gòu)襯砌的設(shè)計理論，采用解析分析、數(shù)值模擬、物理模擬和現(xiàn)場實測相結(jié)合的方法，研究孔隙含水巖層中地下結(jié)構(gòu)的水力荷載，成果如下。
　　首先，研究了孔隙水壓對巖石力學參數(shù)的影響。通過理論分析，發(fā)現(xiàn)了孔隙水壓影響巖石的彈性模量、泊松比和側(cè)壓力系數(shù)的機制：孔隙水壓的變化引起孔隙的擴張或收縮，影響孔隙的變形剛度，進而影響彈性模量、泊松比和側(cè)壓力系數(shù)；建立了理論分析

2、模型，獲得了彈性模量、泊松比和側(cè)壓力系數(shù)隨孔隙水壓等因素變化的解析解；建立了巖石細觀隨機孔隙數(shù)值計算模型，通過大量數(shù)值計算掌握了孔隙率、孔隙水壓力等因素對巖石等效彈性模量、等效泊松比和靜止側(cè)壓力系數(shù)的影響規(guī)律。研究表明，等效彈性模量、等效泊松比和靜止側(cè)壓力系數(shù)均隨孔隙水壓力增加而線性增大。
　　其次，研究了孔隙水壓引起的地下結(jié)構(gòu)水力荷載。揭示了孔隙含水巖石中地下結(jié)構(gòu)水力荷載的形成機理：類同于圍巖熱脹冷縮引起的結(jié)構(gòu)荷載，孔隙水壓變化

3、致脹或致縮圍巖孔隙，進而引起地下結(jié)構(gòu)荷載變化；基于水壓致脹機理，建立了孔隙含水圍巖與地下結(jié)構(gòu)相互作用力學模型，獲得了水力荷載的解析解；建立了巖石與地下結(jié)構(gòu)相互作用的細觀隨機孔隙數(shù)值計算空間軸對稱模型，通過大型數(shù)值計算掌握了水力荷載隨各因素變化的規(guī)律；通過大型模擬試驗和現(xiàn)場實測研究，獲得了水力荷載隨孔隙水壓的變化規(guī)律。研究表明：地下結(jié)構(gòu)的水力荷載與孔隙水壓成正比；圍巖孔隙率越大，水力荷載越大；襯砌相對于圍巖的變形剛度（厚度與彈性模量）越大

4、，水力荷載越大；圍巖泊松比越大，水力荷載越大；襯砌泊松比對水力荷載影響不顯著。研究發(fā)現(xiàn)：水力荷載值顯著小于靜水壓力值，現(xiàn)行設(shè)計方法中的水力荷載取值偏大；襯砌可能會與圍巖剝離開，剝離面會受到水壓作用，從而增大襯砌外載。該發(fā)現(xiàn)對含水巖層中地下結(jié)構(gòu)的設(shè)計有重要的理論與實用價值。
　　最后，根據(jù)上述研究成果，提出了孔隙含水巖層中地下工程封水襯砌的設(shè)計原理。水力荷載值顯著小于孔隙水壓力，是襯砌的關(guān)鍵外載之一；襯砌要有足夠的強度抵抗水力荷載和