岩溶地区隧道突水机理与结构力学行为研究

作     者：刘记 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：晏启祥

授予年度：2012年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：有压溶洞 突水机理 防突厚度 预测模型 隧道排水方式 结构力学行为 

摘      要：我国是一个碳酸盐岩分布极为广泛的国家,覆盖及出露的碳酸盐岩总面积约占我国领土面积的五分之一。近些年随着我国西部大开发战略的加快推进,隧道工程作为基础设施建设中交通工程不可缺少的重要组成部分,发挥着越来越重要的作用。但是影响隧道工程安全的地质灾害依旧存在并带有普遍性,而穿越岩溶发育区等不良地质的隧道数量越来越多,岩溶导致的地质灾害给隧道施工带来极大的困难,给国民经济带来巨大的损失。 以新建贵广铁路某特长高风险岩溶隧道为对象工程,采用正交试验分析、多元线性回归和有限差分仿真分析等研究手段,对岩溶区邻近有压溶洞影响下隧道突水机理及防突厚度、隧道结构力学行为进行了研究,主要工作和成果如下： 1.研究总结了渗流场与应力场耦合作用的原理,在此基础上结合有限差分流固耦合计算理论,提出了适用于岩溶地区隧道邻近高水压溶洞隧道的流固耦合力学计算模型及其边界条件。 2.研究了隧道与溶洞间岩层的最小防突厚度。针对溶洞位于隧道上部的情况,采用正交试验设计和有限差分法对隧道与溶洞间最小防突厚度进行正交试验,得到围岩级别、围岩侧压力系数、溶洞跨度、溶洞内水压和隧道埋深五个影响因素对最小防突厚度的影响规律,通过多元线性回归方法建立了最小防突厚度的数学预测模型。 3.以隧道上部存在充水型有压溶洞为对象,考虑隧道采用全封堵以及堵水限排不同排水方式,运用有限差分法对围岩渗流场与应力场进行流固耦合分析,获得了有压充水溶洞隧道结构的力学行为。 4.在总结概括岩溶地区隧道突水处治已有工程经验和最新研究成果的基础上,结合该隧道提出了适合高水压充水型岩溶隧道突水治理的方法和技术,对类似工程具有参考价值。