考虑注浆圈作用的体外排水隧道渗流场解析研究

体外排水方式在隧道工程中已得到逐步应用,但考虑注浆作用的体外排水隧道渗流场解析理论未见报道,导致理论滞后于工程实践。基于镜像法与渗流力学理论,提出了考虑注浆圈作用的体外排水隧道渗流场理论模型,通过解析退化、数值仿真两种方法共同验证了理论模型及解析公式的正确性,探讨了注浆圈渗透系数与厚度对涌水量、隧道外水压力的影响规律。分析结果表明:注浆圈渗透系数对体外排水隧道渗流场存在显著影响,随注浆渗透系数比值增大,涌水量可得到明显控制,但会引起外水压力的增长;注浆圈厚度影响相对较小,其影响主要在于厚度值越大时能一定程度上加强对底部结构外水压力的控制。提出了兼顾隧道限排要求与隧底水压力控制效果的合理注浆圈参数。研究成果以期为体外排水隧道注浆参数设计及施工实践提供参考。     

充水岩溶隧道渗流场解析解研究

以复变函数的反演变换和地下水水力学理论为基础,推导出充水岩溶隧道渗流场解析解,引入布拉修斯公式和伯努利方程求解出隧道所受的渗流力,并与双井解和数值解进行了对比验证.对隧道与溶洞的间距和隧道半径对隧道压力水头和横向力产生的影响进行了分析.研究结果表明:在水压强度相同的条件下,隧道距溶洞距离越大定点压力水头越小,随着隧道半...     

海底隧道排水衬砌渗流场解析

现有海底隧道渗流场计算模型未考虑上覆土层对围岩压力水头的影响。本文采用保角变换法,根据层间流量相等原则求得在上覆土层条件下带衬砌隧洞的渗流量及其周边水头分布,并验证其可靠性。计算结果表明:(1)海底土层的渗透系数对渗透量影响较大,尤其当土层水力通道不佳时要考虑土层的影响;(2)衬砌水压力折减系数随衬砌渗透系数变化逐步趋于稳定,折减系数宜取其与渗透量的交线处,此时衬砌与注浆圈渗透系数比值k_{L/kg=0.075;(3)注浆圈比衬砌承担更大的水压力,注浆圈厚度加大能有效减小渗透量,当kL/kg<0.05时,注浆圈厚度的增加对渗透量影响不大。}     

富水软岩隧道渗流场分布规律及涌水量研究

利用Flac3D有限差分软件渗流模块,基于现场地质钻孔实测渗流参数和地下水位线,建立三维地质渗流数值模型,研究了隧道围岩初始状态下的地下水渗流场分布规律、隧道开挖前后渗流场变化规律以及施工期隧道涌水量,模拟计算结果对裂隙发育、富水地层地下工程防排水设计具有参考意义。     

惠东隧道渗流场数值分析

讨论了惠东隧道的注浆控制因素对渗流场的影响，分别考虑了注浆层的渗透系数和隧道的排水量与地下水位降深的影响，并通过数值模拟分析给出了它们之间的关系曲线，分析了施工期与运营期的隧道渗流场，指出注浆层渗透系数是控制衬砌背后水压力的主要因素。     

深埋隧道排水系统非对称堵塞后渗流场的解析研究

 基于目前未见对隧道排水系统非对称堵塞渗流场进行解析研究,通过对研究区域进行简化假设,求解代表渗流场的Laplace方程。对研究区域内未知边界条件,采用PDE工具进行数值解后,得到近似的非齐次边界条件。基于此,再运用复平面内的保角变换、坐标变换、微分方程定解问题的分解等方法,将边界条件齐次化,在Hilbert空间中将最后唯一的非齐次边界条件表达为正交函数族的级数和,从而得到了此情况下的隧道周边渗流场解析级数,其后考查了级数项的多少对计算结果的影响。研究结果表明：(1) 隧道排水系统非对称堵塞后渗流场可以表达为解析后级数,可简化将来针对这一情况下渗流场的求解难度;(2) 隧道排水系统非对称堵塞后渗流场大致呈漏斗状,但在堵塞侧水头较高;(3) 求和项数对计算精度的影响至多到100项,多数情况下只需50项;(4) 考查了隧道可能受到的水压力分布和渗流量,分别与相同条件下的数值模拟结果进行对比,两者相差仅4.28%和4.05%。     

渗流场与应力场耦合环境下裂隙围岩型隧道涌水量预测的研究

 博士学位论文摘要　随着国民经济的飞速发展, 大量山区铁路越岭隧道的建设, 使得隧道修建及运营过程中涌水地质灾害成为勘测设计阶段需重点考虑的问题之一, 而尤以隧道可能涌水区段及涌水量大小的预测计算为这一问题关键之所在。针对隧道工程勘测设计、施工及运营中的这一实际需要, 根据隧道围岩介质的类型(主要为裂隙型和裂隙岩溶型) 及以往对该类问题研究工作的不足, 提出了地下水渗流场与应力场耦合环境下裂隙围岩型隧道涌水量预测研究命题。结合该研究命题, 作者展开了以下内容的研究工作:(1) 通过对隧道修建地区地质及水文地质条件的调研分析, 确定隧道可能穿越含水裂隙围岩介质的区段;(2) 应用数理统计学及随机模拟学方法, 对隧道含水裂隙围岩介质的结构特征进行量化分析, 确定其围岩结构类型, 为裂隙围岩介质水力学及力学性质的研究提供建模依据;(3) 以单条裂隙结构面中地下水渗流特性研究为基础, 提出了对裂隙围岩介质中地下水渗流场进行分析研究的三类数学模型(包括双重介质模型、等效连续介质模型和离散裂隙网络模型) , 并首次引入三维有限单元数值模拟方法对等效连续介质模型进行计算;(4) 以弹性力学理论为依据, 建立了隧道裂隙围岩介质所赋存地应力场环境的数学模型;(5) 考虑到研究中能真实反映隧道含水裂隙围岩介质发生涌水地质灾害的实际情况, 同时克服以往这一方面研究工作中的不足, 根据对隧道含水裂隙围岩介质中地下水渗流场与地应力场耦合作用的机理研究, 尝试性提出了双场耦合作用数学模型,与类似研究不同的是, 在模型中将地下水渗流作用力作为点集中荷载考虑;(6) 以双场耦合作用机理研究及耦合数学模型的求解为基础, 得出了渗流场与应力场耦合环境下裂隙围岩型隧道涌水量预测计算方法(解析法和水文地质数值模拟法) 。通过以上理论分析, 给出了渗流场与应力场耦合环境下裂隙围岩型隧道涌水量预测计算的研究工作程式。最后将此研究工作程式应用于目前在建的西(安) —(安) 康铁路秦岭特长隧道涌水量的预测计算中, 得到了较好的效果, 从而证明本论文的研究工作不是一次成功的尝试。     

隧道渗漏水渗流场响应及注浆治理效果分析

为深刻揭示隧道结构劣化、注浆空洞以及注浆治理等因素与渗漏水病害之间的内在作用关系,利用有限差分软件FLAC 3D和流-固耦合分析方法,对基于隧道结构劣化、结构背后注浆空洞等工况引发的渗漏水病害产生的围岩渗流场及渗漏水注浆治理效果进行了系统分析,并结合实际工程进行了验证。结果表明,隧道结构劣化发展对拱顶、拱肩和拱腰处的围岩孔隙水压力造成了较大幅度的折减,结构背后注浆空洞使得围岩孔隙水压力折减范围增大,且拱底处注浆空洞对围岩孔隙水压力折减幅度影响最为显著。此外,结构劣化发展和注浆空洞可能会对隧道二衬结构造成拉裂破坏,其中结构劣化发展和拱底处的注浆空洞对二衬整体均衡受力影响最为明显。注浆法可从本质上改善围岩渗流场分布和结构受力,该研究成果可为不同位置的注浆空洞型渗漏水病害提供相应的注浆治理建议。针对地下结构渗漏水病害,自主研发了治理性能更为优异的新型注浆材料,在拱顶和拱肩空洞型渗漏水注浆治理中,相比于常规注浆材料,新型注浆材料可使空洞处围岩孔隙水压力分别提高10.5%和9.2%以上,具有更好的治理效果。     

隧道施工地下水位变动规律及注浆圈合理参数

高压富水区矿山法隧道施工对地下水渗流场的扰动十分明显,容易诱发地下水资源大量流失、地下水位大幅度下降等水环境负效应.以文笔山2号隧道为研究案例,对整个施工流程、施工方法进行必要的总结,以更好地应对隧道施工过程中地下水位变化对施工活动的影响,打造成熟的隧道施工方案.通过对该项目施工经验的总结,逐步明确了注浆圈在实际施工环...     

海底隧道渗流场的注浆控制影响分析

讨论了海底隧道的注浆控制因素对渗流场的影响，并通过对厦门翔安海底隧道的数值模拟分析给出了它们之间的关系曲线，为类似工程提供了理论基础和技术指导。     

控制排放的隧道防排水技术研究

针对控制排放的隧道防排水技术中一些关键问题,以龙潭隧道和白云隧道为依托,采用模型试验、数值仿真、现场调查等方法进行了系统研究。重点就堵水方式、防水板铺挂形式、外水压力的折减以及抗水压衬砌设计等技术问题进行了研究,提出了可通过注浆堵水圈、初期支护、防排水网格和抗水压衬砌形成综合防排水体系,它可以达到控制排放的目的。     

排水管堵塞引起的高铁隧道结构变形与渗流场特征模拟试验研究

基于3D打印技术构建了高铁隧道结构及排水系统设施精细模型,提出了切实可行的隧道堵管模拟方法及模拟装置,依托典型病害案例开展了堵管病害相似模型模拟试验,探讨了在不同堵管条件、不同地层水头下隧道渗流场(隧道排水量、结构外水压力)及结构位移量的变化规律特征.研究结果表明:随堵塞程度加深,隧道排水量呈现先慢后快型下降趋势,具体...     

任意埋深水下隧道渗流场解析解

总结现有关于水下隧道渗流场解析研究的优点和不足,基于稳态渗流控制方程,结合保角变换方法,严格推导了水下隧道渗流场的解析解。该解能求解任意埋深考虑注浆圈作用的水下衬砌隧道渗流量以及水压力分布,并能退化到无衬砌水下隧道以及水下不透水管道两种极端情况,应用Comsol软件建立数值模型验证了新解答的正确性。利用本文解研究了隧道埋深、衬砌渗透系数、衬砌厚度等因素对隧道渗流量、衬砌外水压以及总水头分布的影响。研究发现当隧道埋深较小时,最大水压力出现在隧道顶部,而埋深较大时,则出现在隧道底部;衬砌外圈平均水压力及分布不均匀程度随着埋深的逐渐增大先减小后增加;其他参数不变时,存在某个埋深或者衬砌厚度使衬砌外水压力接近均布。     

考虑应变软化、剪胀和渗流的水工隧洞解析解

基于统一强度理论和弹脆塑性软化模型,考虑不同工况下主应力顺序、岩石应变软化、剪胀和渗流等综合影响,推导了圆形水工压力隧洞应力和洞壁位移解析解。通过工程算例,比较本文方法与传统方法的不同,说明考虑第一主应力的变化和渗流体积力更符合工程实际,并得出统一强度理论参数、软化特性参数和剪胀特性参数对隧洞切向应力和洞壁位移的影响特性。隧洞设计时,应依据围岩材料特性合理地选取统一强度理论参数,并考虑由于软化特性参数和剪胀特性参数的减小对隧洞切向应力和洞壁位移增大的影响。该结果为圆形水工压力隧洞弹塑性分析提供了理论依据,对工程设计有一定的参考价值。     

有衬砌条件下隧道地下水渗流场变化规律研究

基于数值模拟方法,研究了隧道开挖后有衬砌支护情况下渗流场的变化及地下水位的变化情况,并分析了无衬砌条件下双孔隧道对渗流场的影响,得出了不同工况下孔隙水压力的变化情况及渗流场影响范围,并且得出了地下水位随时间的变化情况,可为隧道的设计、施工以及隧址区环境的保护提供参考。     

水下双线平行隧道渗流场解析研究

目前对于水下单线隧道渗流场的研究已取得了一定的进展,但是对于双线平行隧道则鲜有研究。基于达西定律以及质量守恒定律,采用保角变换法和叠加法对双线平行隧道稳态渗流场进行了推导,获得该问题的水头分布以及隧道涌水量的解析解。采用数值软件COMSOL对本文解析解进行验证,发现两者拥有较好的吻合度。结合算例,讨论了隧道间距对双线平行隧道渗流场、衬砌外围水头分布形态以及隧道涌水量的影响。发现将双线隧道简化为单线隧道进行分析,将会高估隧道周围水头以及隧道涌水量,并且这一现象随着隧道间距的减小而愈发明显。     

基于连续介质模型的海底隧道渗流问题分析

 与普通山岭隧道不同,海底隧道的一个显著的特点就是有着无限的水源对海底隧道进行补给。海底隧道开挖引起的地下水渗流带来两方面的问题：一是结构水荷载的确定问题,二是涌水量的预测问题。将围岩看作各向同性连续介质,针对这两方面的问题进行研究。明确孔隙介质中水压力的实质;根据国内外最新研究成果,针对山岭隧道和海底隧道不同的边界条件,对各向同性渗透系数下平面半无限含水空间圆形隧道稳定渗流的涌水量和水压力分布的解析解进行分析;以青岛胶州湾海底隧道为工程背景,采用数值方法比较应力场对渗流场的影响,以及围岩渗透系数、水深、注浆圈渗透系数和注浆圈厚度的改变对围岩孔隙水压力和洞内涌水量的影响。分析结果表明：隧道开挖的成拱效应对围岩孔隙水压力的分布和洞内涌水量的大小影响不大;在不考虑渗流场和应力场耦合作用、水深一定条件下,渗透系数的改变不会影响毛洞孔隙水压力的分布;隧道洞内涌水量随着围岩渗透系数或围岩上覆海水深度的增大呈线性增大;注浆圈渗透系数的减小和注浆圈厚度的增大都可以达到减小隧道洞内涌水量的目的,在实际施工中应该在注浆的经济性和其堵水效果两方面进行综合分析,确定最优化的注浆参数。