水下隧道渗流场分布规律的模型试验研究

水压力是水下隧道设计的关键指标。利用室内模型试验系统,对水下隧道的渗流场进行了研究,得出了隧道在不同排水方式下注浆圈和衬砌背后水压分布规律:衬砌背后各点水压随排水量的增加迅速减小,当排量达一定程度,减小速率变缓,直到水压值接近0;从水平和竖直两个方向来看,土体表面到拱顶,水压呈静水压力分布;注浆圈水压快速减少,说明其对水压力折减效果十分显著。通过改变注浆圈厚度和渗透系数的实验研究,发现在相同排水量条件下,注浆圈厚度越大,衬砌背后和注浆圈边缘水压力越小,注浆圈渗透系数越小,衬砌背后及注浆圈边缘的水压力越大。     

深埋隧道衬砌水荷载计算的基本理论

铁路，公路跨越山岭地，越岭隧道方案被大量采用，而深埋隧道的高水压和突，涌水则成为亟待解决的问题。合理设计有外水压力隧道的关键在于：（1）随道围岩渗流场的分析；（2）外水压力作用系数的研究。隧道衬砌的静力计算和围岩压力及水荷载密切相关，在衬砌的设计中，既可以将围岩压力和外水压力分算，也可以考虑二者的耦合作用，进行水－岩合算。根据前人的研究成果，总结和讨论了隧道衬砌水荷载计算中的基本理论。     

高压富水区限排隧道围岩与衬砌水压力场研究

以穿越重庆市中梁山高水压岩溶区的石板隧道为例,采用有限元稳态渗流分析方法,对地下水控制排放下隧道衬砌周围与围岩内的水压力场进行了研究,分析了半包防水与全包防水条件下衬砌上的水压力分布规律,以及全包防水条件下注浆与否围岩内的孔隙水压力特征。研究表明:(1)采用全包防水,不但可以改善隧道的防水条件,而且可以缓解仰拱的水压力,这对于隧道衬砌的耐久性是有利的;(2)隧道排水率对隧道衬砌周围的水压力有显著影响,当地下水较丰富时,注浆可使隧道排水率增加、衬砌压力减小;(3)围岩注浆可以减小隧道排水对围岩水压力的影响范围,且孔隙水压力在注浆圈范围内变化梯度很大。     

高水压富水区隧道限排衬砌注浆圈合理参数研究

海底隧道深埋于海水以下,处于高水压富水区,隧道结构设计时需要考虑外水压力,如果采用"堵水限排"的防排水设计原则,能够以较小的排水量显著降低作用在衬砌上的外水压力,从而使隧道结构设计更加经济。注浆圈合理参数的确定是"堵水限排"的核心问题。基于穿越高水压富水岩溶区的圆梁山隧道工程,通过理论计算和分析,得到了注浆圈参数变化对隧道涌水量和衬砌外水压力的影响规律;提出了隧道排水率的概念,分析了隧道排水率与衬砌外水压力之间的关系。在此基础上提出了确定注浆圈合理参数的方法和程序,给出了圆梁山隧道注浆圈的合理参数值,并在现场得以应用,取得了理想的效果,注浆后实测隧道涌水量与理论计算值基本一致。研究结果表明:衬砌外水压力折减系数取决于隧道排水率,只有当隧道排水系统能够将渗透到衬砌背后的地下水全部排出时,衬砌外水压力才能完全消除;注浆圈的作用不是分担衬砌外水压力,而是通过封堵地下水降低隧道涌水量,从而以较小的排水量可显著降低甚至消除衬砌的外水压力。研究成果对类似高水压富水区以及海底隧道防排水设计具有一定的参考价值和借鉴作用。     

基于围岩渗透影响范围的隧道外水压力计算方法模型试验研究EI北大核心CSCD

采用大型隧道渗流模拟试验系统,分析围岩渗透系数、初始水头高度、隧道排水率等因素对围岩渗流场分布、隧道背后水压力的综合影响,给出围岩渗透影响范围、隧道背后水压力的计算公式,并采用数值计算软件对其进行验证。研究表明:隧道排水会对隧道周边局部范围内围岩渗流场产生影响(即围岩渗透影响范围);围岩渗透系数、初始水头高度、隧道排水率均会对围岩渗透影响范围产生影响;围岩渗透影响范围分别与围岩渗透系数、隧道排水率呈正相关关系,且渗透系数对于围岩渗透影响范围的影响较大;围岩渗透影响范围与初始水头高度呈线性正相关关系,且围岩渗透影响范围系数仅与排水率、渗透系数有关,而与初始水头高度无关;围岩渗透影响范围系数、排水率和渗透系数三者呈二次曲面关系;同时,得到了隧道背后平均水压力计算公式;围岩渗透影响范围、隧道背后水压力公式计算结果与FLAC数值模拟计算结果吻合良好,证明提出的公式正确、合理。研究方法与成果对高水压地区隧道结构抗水压设计、施工具有一定的参考指导作用。     

基于围岩渗透影响范围的隧道外水压力计算方法模型试验研究

采用大型隧道渗流模拟试验系统,分析围岩渗透系数、初始水头高度、隧道排水率等因素对围岩渗流场分布、隧道背后水压力的综合影响,给出围岩渗透影响范围、隧道背后水压力的计算公式,并采用数值计算软件对其进行验证。研究表明:隧道排水会对隧道周边局部范围内围岩渗流场产生影响(即围岩渗透影响范围);围岩渗透系数、初始水头高度、隧道排水率均会对围岩渗透影响范围产生影响;围岩渗透影响范围分别与围岩渗透系数、隧道排水率呈正相关关系,且渗透系数对于围岩渗透影响范围的影响较大;围岩渗透影响范围与初始水头高度呈线性正相关关系,且围岩渗透影响范围系数仅与排水率、渗透系数有关,而与初始水头高度无关;围岩渗透影响范围系数、排水率和渗透系数三者呈二次曲面关系;同时,得到了隧道背后平均水压力计算公式;围岩渗透影响范围、隧道背后水压力公式计算结果与FLAC数值模拟计算结果吻合良好,证明提出的公式正确、合理。研究方法与成果对高水压地区隧道结构抗水压设计、施工具有一定的参考指导作用。     

泄水式管片衬砌壁后水压力分布特性模型试验研究

 基于研制的泄水式管片衬砌–围岩泄流装置,采用室内试验方法对某铁路隧道装配式泄水式管片衬砌在高水压条件下衬砌壁后水压力分布规律进行研究,重点探讨单纯限排、堵水限排等不同泄水方案下衬砌壁后外水压力分布规律。分析排泄流量、泄水孔密度、注浆与否对隧道衬砌壁后水压力的影响,揭示隧道衬砌壁后整体和各位置处外水压力折减系数、外水压力大小等与衬砌泄水孔泄流量之间的二次曲线关系。研究结果可为高水压山岭隧道衬砌的设计提供参考。     

深部隧洞裂隙围岩渗透特性及衬砌外水压力变化规律

高外水压岩是影响隧道开挖过岩围岩稳定及衬砌结构安全的关键因素之一,基于裂隙介质渗流经典理论,给出围岩、衬砌不同渗透系数下的外水压岩解析解,采用数值方法对隧洞二次衬砌后的外水压岩作用特性进行仿真模拟,探讨裂隙围岩岩衬砌渗透系数对渗流场的影响,围岩、衬砌渗透和排水措施岩外水压岩的相关性。研究表明岩体和衬砌渗透系数之比是影响衬砌外水压岩的关键,正确的灌浆、排水设计对外水压岩折减系数影响较大,是减小衬砌外水压岩的有效措施。结论对高压水作用下裂隙岩体渗流及衬砌外水压岩研究具有重要理论意义,对高水压下围岩注浆及衬砌结构材料选型、参数选择等具有重要岩岩实用价值。     

高压富水岩溶隧道注浆机理及作用效果分析

高压富水岩溶隧道施工中存在很高的安全风险,常面临涌突水防治、围岩稳定性控制和衬砌高水压处理等技术难题,实施可靠的超前地质预报和有效的注浆是解决上述难题的关键.基于穿越高压富水岩溶区的圆梁山隧道工程,采用综合地质预报技术准确探明了溶洞的形态及其充填物性质;通过理论分析揭示了岩溶隧道的注浆机理;利用数值模拟确定了合理的注浆参数;通过复合注浆形成了可靠的注浆加固圈.监测结果表明:注浆圈起到了加固围岩、稳定工作面、封堵地下水和降低衬砌外水压力的综合作用,隧道施工中工作面稳定,围岩变形不大,堵水效果显著,达到了5m3·m-1·d-1的隧道限量排水控制标准,并实现了小排水量条件下有效降低衬砌外水压力的目的.研究成果对高压富水岩溶隧道建设具有借鉴意义.     

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。     

基坑开挖中考虑水压力的土压力计算

本文从土的有效应力原理出发,分析了软粘土中深基坑开挖的土压力计算问题,着重讨论了孔隙水压力对土压力的影响.经过分析,作者认为当采用总应力法计算时,原则上应采用卸载强度指标.作者认为以下两个原因使得“水土压力合算法”在软粘土地区的临时性开挖工程中土压力计算值与实测值较接近:一是卸载引起负超孔压,卸载总应力强度指标大于常规三轴加载总应力强度指标;二是渗流引起主动区孔压减小,被动区孔压增大.最后,作者强调不要拖延基坑开挖的进度.     

静压桩终压力的确定及其意义

在静压桩施工中，应灵活合理地运用规范，正确选择终压力，提高单桩承载力。实践证明，超载施压法可提高静压桩的承载力和抗震性能，降低工程造价，具有实用价值。     

压力洞室围岩的高压透水率测试技术与应用研究

随着压力洞室、深埋地下工程的建设,迫切需要弄清工程所在深度上的岩体在高压作用下的透水性状。由于岩体中的节理、裂隙等各种软弱结构面在高压作用下将会张裂、扩展,只有按照等于或略大于洞壁围岩实际承受的压力进行高压透水测试,才能得到工程运行状态下岩体透水率的可靠资料。介绍了钻孔高压压水测试技术,并结合其在工程中的具体应用做了初步分析。     

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挡墙上作用土压力和水土压力的测试研究

利用自制试验箱进行了刚性挡墙平动、绕墙底转动和绕墙顶转动三种墙体主动变位模式情况下,挡墙上作用的土压力和水土压力的测试研究。测试结果表明,挡墙上作用的土压力和水土压力的大小及作用点位置都随挡墙不同的变位模式而改变,由此提出了土压力和水土压力作用的区间估计问题。     

高压引水隧洞陡倾角断层岩体高压压水试验研究

结合一抽水蓄能电站高压岔管区高压压水试验,详细介绍了具有陡倾角断层岩体的高压压水试验方法及试验成果。探讨了岩体高压下水力劈裂区扩展的波动理论和渗透破坏特性,明确了岩体与土体渗透破坏形式差异。试验首次对岩体内的渗透压力和变形进行了同步测量,以了解高压条件下岩体的渗透变形特性。在高孔隙压力作用下,岩体的变形发展试验成果表明,岩体应力和稳定性分析过程中孔隙压力的作用不可忽视,因此采用耦合理论对高孔隙压力环境下的工程岩体进行分析有助于降低围岩失效风险。     

土压平衡盾构机密封舱土压力优化设置问题

基于Rankine的土压力理论,研究了土压平衡盾构机掘进工作面稳定机理.根据主动土压力和被动土压力原理,推导了土压平衡盾构机的合理工作面土压力表达式.采用有限元方法模拟了盾构机密封舱土压力分布,建立了掘进工作面土压力与密封舱隔板可观测的土压力之间的关系,从理论上解决密封舱压力的优化设置问题.     

孔隙水压力-围压作用下砂岩力学特性的试验研究

利用MTS815岩石力学测试系统进行两类三轴压缩对比试验:一类是非充水条件下不同围压时的三轴压缩试验;一类是充水条件且围压保持恒定时不同孔隙水压力作用下的三轴压缩试验。基于莫尔-库仑准则,分析非充水条件下,不同围压σ3作用对细砂岩的峰值破坏强度σ1max及其对应的轴向应变ε1max、剪切强度τ和正应力σ等参数的影响;充水条件下,围压σ3恒定时不同孔隙水压力P作用对细砂岩的峰值破坏强度σ1max及其对应的轴向应变ε1max、有效峰值破坏强度σ1′max、有效围压3σ′、有效剪切强度τ′和有效正应力σ′等参数的影响。研究结果表明:(1)充水条件下,随着有效围压σ3′的增加,有效峰值破坏强度σ1′max呈增大的趋势,但在相同围压条件下随孔隙水压力P的增加有效峰值破坏强度σ1′max呈逐渐减小的趋势;(2)非充水条件下的τ-σ曲线和充水条件下的τ′-σ′曲线既可采用一元二次方程拟合,也可采用线性方程拟合,其相应强度曲线均能较好地符合莫尔-库仑准则;(3)有效剪切强度折减系数K可以较好地表征孔隙水压力P对有效剪切强度τ′的影响。     

围压和裂隙水压力对岩石中椭圆裂纹初始开裂的影响

根据线弹性理论,导出了椭圆裂纹边缘的切向应力的表达式。分别给出了单向压力、双向压力、单向压力与裂隙水压力共同作用3种情况下椭圆边缘开裂点的位置、开裂方向和最大切向拉应力值。根据最大拉应力理论,给出了最大切向拉应力和临界载荷公式。结果表明,开裂点、开裂角、最大切向拉应力和临界载荷随椭圆的纵横轴比和倾角的不同而变化,由此可得到最危险的倾角。     

土压力和水土压力作用的极限平衡变分法研究及应用探讨

建立合理的理论模型是准确计算土体极限荷载(主动土压力和被动土压力)的基础。测试分析和研究表明，挡墙上作用的土体极限荷载随墙体的变位模式发生改变，现有计算方法通常是基于确定性模型，尚不能反映这个事实。如Coulomb(1776)平面滑动楔体模型，采用单一的数值描述作用在墙体上的土压力或水土压力。这种做法显然过于简化。另外，土体极限荷载的作用点位置问题也没有得到很好解决。由于挡土结构在设计时往往很难准确预估其墙体变位模式，对于其上作用的土体极限荷载，较为合理的做法是在一定的区间范围内，尽量包含墙体所有可能变位模式情况下结构所受到的作用力，以供工程设计人员选用。在对挡土结构上作用的土压力和水土压力研究历史及现状总结的基础上，本文提出的基于整体极限平衡变分法的土体极限荷载和水土压力计算模型，就是在这方面的尝试。以墙式挡土结构为例，进行了以下工作：