考虑流固耦合效应深埋富水隧道围岩稳定性研究

针对渗流条件下的深埋富水隧道围岩稳定性问题,依托老獾顶隧道工程,对DK16+110-DK16+130段进行现场监测,采用流固耦合理论与反演理论,基于FLAC^3D数值软件对该区段开挖过程进行数值模拟,与监测结果进行比较分析。研究结果表明:下左台阶开挖后两帮孔隙水压力梯度变化非常快,在仰拱开挖后应力与孔隙水压力变化趋于平稳;通过对孔隙水压力与应力的比值分析得到隧道围岩开挖风险预测函数α,确定了该地质条件下掌子面最危险开挖深度;当隧道围岩开挖风险预测函数值α>4.51时,掌子面极易发生失稳,需要对其排水降压;预测函数具有较高精度,为后续工程提供参考。     

基于流固耦合理论的深埋隧洞衬砌防渗措施分析

本文基于流固耦合理论,采用ABAQUS有限元方法,对深埋水工隧洞衬砌堵水排水措施减载规律进行了分析。结果表明:堵水排水减载的效果不仅与中外水压力的降低情况有关,还与作用于衬砌应力的降低效果有关;当灌浆圈的渗透系数小于衬砌的渗透系数时,须设置合理的柔性缓冲层,才能达到较好的减压效果;当灌浆圈渗透系数/衬砌渗透系数处于0.3～1.2时,排水效果较好,当大于1.2后,应考虑将排水管伸入灌浆圈中;隧洞顶部排水管的减载作用最明显,顶部+低水头端排水布置方式综合减载效果最佳。     

排水结构设置后软岩隧洞的渗流-应力耦合分析

高外水作用下,深埋软岩隧洞围岩-支护结构安全将受到极大挑战。为了降低高外水压对软岩隧洞围岩-支护体系的影响,较常见的工程处理措施为在隧洞周围布置排水结构,以降低洞周外水压力。笔者首先提出了一种简便的隧洞围岩-衬砌结构渗流-应力分析思路。然后,以某过断层带深埋软岩隧洞为研究对象,通过开展隧洞施工期、运行期渗流-应力耦合分析,研究了软岩隧洞排水结构的排水效应。研究发现,在注浆圈和排水结构的综合作用下,隧洞衬砌附近的水力比降较小,注浆圈水力比降较大,使注浆圈承担绝大部分外水荷载,而衬砌承担少部分外水荷载;在软岩和衬砌的变形协调作用下,最终形成注浆圈与衬砌的协同承载效应,有效提高了隧洞的运行安全水平。     

富水岩质隧道开挖稳定性分析

为了对富水区岩质隧道开挖的安全范围进行研究,基于弹性多孔介质和Ｂｉｏｔ－Ｗｉｌｌｉｓ理论模型,考虑开挖过程中渗透系数变化,建立隧道开挖三维流固耦合模型,并以此对重庆花阳隧道的开挖稳定性进行分析。通过不同的开挖距离（步长）将中间迭代过程中的应力结果嵌入到流体模型的孔隙水压力中,实现流固耦合作用下隧道动态开挖过程稳定性分析。结果表明:在隧道富水段,原位应力增大是由孔隙水压力产生的,距离富水段开挖前１０ｍ和开挖后３０ｍ是应力、位移发生突变的区域,突变率将近５０％,在开挖富水隧道时,应在安全范围内对隧道进行加固,保持隧道的稳定性。论文成果可为隧道现场灾害治理提供参考性意见。     

重庆兴隆隧道在流固耦合作用下围岩稳定性研究

兴隆隧道位于重庆市渝北区,由于位于重庆的特殊地理位置,无论水库是否处于丰水期,隧道下穿水库区段,存水量始终保持稳定。根据流固耦合原理,利用ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｙｐｈｙｓｉｃｓ有限元软件对隧道不同位置所承载的压力进行数值模拟计算。在现场实际测量结合公式计算得到隧道下穿水库段涌水量,根据涌水量及水头高度得到隧道不同位置的受力情况,模拟结果表明在拱底位置围岩受力最大,其次是拱腰处,受力最小为拱顶处。随着时间步的增加,不同位置的压力变化速率相同。并且对于水头高度进行参数分析,发现随着水头高度的增加,隧道的受力增大。     

软岩隧道丢失变形规律模型试验研究

通过隧道开挖模型试验,研究不同应力条件下软岩隧道拱顶和拱腰的变形及丢失位移变化规律。拱顶和拱腰丢失的变形量随测点与掌子面距离的增加出现先增大后逐渐趋于稳定的趋势,拱顶比拱腰的变形量丢失状况严重。增加衬砌后可有效减小拱顶竖向沉降和拱腰横向变形的最终值,力学性质表现得更为稳定。随着地应力的升高,拱顶和拱腰丢失位移逐渐增加,丢失位移与地应力呈正相关关系。     

软岩渗流规律研究进展

在前人研究的基础上,介绍了软岩的概念和分类,指出按成因可将软岩分为原生软岩和次生软岩;从流固耦合的角度讨论了软岩渗流的数学模型、实验分析和数值模拟的研究现状;从应力与裂隙的相互作用关系方面分析了软岩和硬岩渗透性差异的理论原因。最后针对软岩渗流的研究工作和实际工程问题提出了一些展望。     

浅埋软岩隧道施工方法的探讨

分析了浅埋软岩隧道的工程特性,讨论了此类工程的几类施工方法及相应的适用围岩,同时对施工中的支护及二次衬砌时间的选择作了详细阐述。     

九道河隧洞软岩地层洞段变形控制措施研究

软岩隧洞变形是西南地区隧洞开挖的常见难题之一.本文围绕九道河隧洞工程,针对Ⅳ类和Ⅴ类围岩洞段,通过分析软弱围岩的地质特征,详细探讨了软弱围岩隧道施工处理措施.九道河隧洞工程遵循"保护围岩、岩变我变,支护宁强勿弱,二衬及早跟进"的原则,充分调动围岩的承载能力,有效控制了围岩变形和松弛,最终确保了隧道施工的顺利进行.其成功...     

潮白河地下水调蓄区水岩作用过程模拟

南水北调中线工程通水后,将有部分结余水量用于补给潮白河地下水调蓄区。由于南方地表水(以下简称南水)与北京当地地下水的水质存在一定差异,回灌过程中很有可能发生水岩相互作用。研究以潮白河地下水回灌区为例,通过静态摇瓶实验和水文地球化学模拟等研究方法,对南水补给北京深层地下水过程中产生的水岩作用过程和水质影响程度进行分析评价。研究结果表明:南水回灌过程中,地下水的主要离子成分会受到硝化作用、阳离子交换作用及包气带矿物质溶解等作用的综合影响。两种水混合过程中,土壤矿物相中的方解石和白云石不断溶解,Ca2+、Mg2+浓度逐渐升高,反应过程中还伴随强烈的阳离子交换作用,主要为Na+与Ca2+、Mg2+的交换。南水比例越大,溶解氧促进硝化作用越明显;在硝化作用和碳酸平衡的共同影响下,地下水的pH值呈现先降低后升高的趋势。     

水动力条件对水体自净作用的影响

通过水槽实验和理论分析,研究了水动力条件对水体自净作用的影响,发现水流流速是影响水体自净作用的主要因素之一,不同断面及水深条件下水体自净作用的差别不是特别明显。分别采用生化需氧量-溶解氧耦合模型和化学一级反应拟合并预测了水质随时间的变化关系。水流流速的增加在一定程度上提高了水体复氧能力,增强了水体的自净作用。当流速超过一个临界值使得底泥再悬浮发生时,水体自净作用在短时间内急剧降低。在引水工程中,合理控制和设计水力参数(流速流量、取水周期及间隔、增加消能水工建筑物)是控制水体水质的有效措施。     

地下水内排对南水北调中线干渠水质的影响

基于MIKE 11模型的水动力模块、对流扩散模块建立南水北调中线输水干渠水质模型,充分考虑了干渠两侧地下水内排段的影响,以京石段为干渠水质模拟示范段,针对内排段水质对干渠水质的风险特征,选取氨氮作为典型污染组分,结合实际工程设计,计算在最不利工况下的内排量,并依此设定情景模拟内排段水质对干渠水质的影响。模拟结果表明,在假定的内排段污染风险达到极大的情况下(水质处于劣Ⅴ类),排入干渠的地下水对干渠水质基本不构成影响。