圆形隧洞渗流量计算的解析方法及其应用

隧洞在施工过程中,必将导致地下水渗流场的重分布和地下水位线的降低,当前常用的渗流量计算解析方法未考虑水位降低这一影响。首先通过数值计算方法分析隧洞开挖带来的渗流场变化,考虑地下水位线降低对渗流量的影响,提出分别计算隧洞渗流场稳定后开挖降低水位和渗流量的解析公式。结果表明:隧洞开挖过程中,洞周孔压和地下水浸润面随时间逐渐降低,在距离隧洞5倍洞径范围内孔压变化剧烈,地下水位线浸润面降低幅度达到26.3%~56.7%;渗流场稳定后地下水位线降低高度与隧洞半径和初始地下水位密切相关,与围岩渗透系数关系不大;经过与传统解析解和数值解的对比可以看出,提出的解析公式能够方便求解隧洞开挖降低水位和渗流量,且同时适用于初始地下水位线水平分布和倾斜分布条件。     

基于随机裂隙网络研究溶洞方位对隧洞渗流场影响

在喀斯特地区,岩体常伴有不同发育程度的裂隙。裂隙的存在弱化了围岩的连续性,当隧洞穿越岩溶区时,裂隙成为地下水渗流的通道,影响隧洞稳定性。通过离散元软件,利用蒙特卡罗随机原理,根据实际裂隙几何参数统计数据,构建随机裂隙网络,基于随机裂隙网络分析隧洞穿越岩溶区时溶洞的方位对隧洞渗流场的影响,通过洞周渗流量及裂隙水压力分布规律,提出了溶洞恒压区与隧洞低压区裂隙水渗流模式,以此为基础进一步分析不同间距下溶洞对隧洞渗流场的影响。     

三维基坑开挖阶段地下水渗流分析

为了掌握基坑开挖施工阶段地下水非稳定渗流规律及施工阶段对土体地下水孔压影响,建立了基坑开挖阶段地下水渗流的三维有限元分析模型。通过对基坑开挖阶段地下水渗流场的三维分析,达到对基坑渗流场实际复杂情况的模拟,比较理想地反映基坑渗流场中孔压等势线、流速矢量等渗流要素在不同施工阶段条件下的变化规律,在一定程度上弥补过去对基坑渗流场研究的不足。结果表明,针对基坑开挖施工全过程地下水三维有限元分析和模拟是完全必要的。     

连拱隧道施工对地下水渗流场的影响研究

以梁—万高速公路金竹林连拱隧道为研究对象,通过现场试验和数值模拟计算,提出了连拱隧道地下水渗流场的变化主要影响因素是隧道埋深、裂隙发育情况、围岩松动圈大小以及施工工序等。研究结果表明,地下水渗流场的改变对连拱隧道结构防排水的影响显著。为了从根本上解决连拱隧道结构渗漏水技术难题,通过数值模拟计算提出了注浆固结V形区地层,能有效的改善地下水渗流场的主要参数。     

基于损伤理论的圆形隧洞围岩应力场分析

基于统一强度理论,考虑地下水渗流作用的影响,应用弹塑性损伤力学理论,根据不同的地应力情况,对施工工况下的圆形隧洞围岩进行应力和稳定性分析;通过算例分析了内摩擦角和粘聚力对围岩应力场和位移场的影响。研究结果表明:内摩擦角对围岩损伤半径、应力、位移有着比较显著的影响;粘聚力对围岩损伤半径、应力、位移的影响不太显著;所得结论具有广泛的适用性。     

南水北调西线工程深埋长隧洞管片衬砌结构受力分析

地应力和地下水问题对深埋长隧洞衬砌的设计及施工具有重大影响。通过数值计算对南水北调西线工程深埋长隧洞管片衬砌结构进行了受力分析,研究了围岩变形及水压力对管片衬砌结构的影响。初步研究结果表明:约90%的洞段稳定性较好,围岩变形对管片衬砌结构影响较小,可采用管片衬砌;隧洞沿线外水压力较高,是影响衬砌设计的主要因素,应采取适当的排、堵措施降低外水压力对管片衬砌结构的作用。研究结果为南水北调西线一期工程隧洞衬砌设计提供了依据。     

地下工程结构外水压折减分析研究

介绍了广州地铁二号线越秀公园站所采用的有限元数值模拟计算方法，对越秀公园站的暗挖结构施工、使用期间地下水的渗流进行模拟计算，从而得出地下水的渗流场和渗流压力，通过对计算结果与监测结果的比较，指出作用在地下结构上的地下水压力应当适当加以折减。     

临江基坑变形及受力性状三维数值分析

邻近江河深基坑由于受地下水渗流及潮位变化的影响,相关的设计与计算方法更加复杂。采用FLAC3D对某紧邻黄浦江的狭长形超长深基坑进行三维数值模拟,探讨基坑分区开挖、坑内地基加固、坑外潮位变化等施工条件对基坑变形及受力的影响,并与实测数据进行对比分析。结果表明,计算模型能够较好地预测不同施工条件下基坑的变形性状;平均潮位下基坑支护结构处于对称平衡受力状态,对维持基坑的整体稳定有利;不同分区间的封堵墙对基坑长边围护墙侧向变形的控制效果不明显;潮位对临江侧基坑围护墙侧向变形的影响较大,低潮位时墙顶会向坑外变形,并影响第1道支撑的受力,潮位变化较大的临江深基坑第1道支撑应采用与墙体整体现浇的钢筋混凝土支撑。     

水电站引水隧洞工程地下水环境影响评价方法

地下水是可开采水资源的重要组成部分,是重要的生态因子。目前解决地下水流和溶质运移问题最主要的方法是有限差分法和有限元法,这两种方法都有各自的程序可以用于饱和—非饱和渗流计算,采用有限元法,对隧洞开挖过程中地下水水位流场变化进行预测并分析,评价其对地下水环境的影响,为水电站引水隧洞工程地下水环境影响评价方法提供了参考。     

滇中引水工程隧洞施工地下水特征预测与保持技术

为了减小隧洞施工对周围生态环境的影响,依托滇中引水工程的施工段昆玉隧洞,对隧洞施工过程掌子面前方地下水特征预测技术、长隧洞地下水保持的施工工法及处理利用技术进行了研究.总结了隧洞工程的施工经验,针对施工过程中的技术缺陷提出了解决办法,以期为以后类似的隧洞工程提供参考.     

基坑地下水渗流对邻近地铁结构影响的数值分析

以某邻近地铁结构的深基坑工程为例,采用等效刚度法将围护桩等效为地下连续墙建立有限元模型对基坑地下水渗流过程进行了三维数值分析,分析了基坑地下水渗流对邻近地铁结构影响,提出了优化改进措施以减小地下水渗流影响,对于指导工程实践有一定意义。     

Potential hazards to a tunnel caused by adjacent reservoir impoundment

A reservoir impoundment located near a tunnel structure negatively affects groundwater seepage to varying degrees. This can result in water inflow, structural collapse, and other engineering hazards during tunnel excavation. In addition, in cold regions, reservoir impoundment and water seepage can exacerbate frost heave damage during tunnel operations. This paper describes a comprehensive case study on the quantitative evaluation of the seepage effects of the proposed Longsheng Reservoir on the adjacent proposed Kouzi village tunnel (located in Ulanchap, Inner Mongolia, North China). An engineering geology survey was conducted to identify the topography and geological features in the tunnel and reservoir area. A geohydrological survey was conducted to identify groundwater runoff patterns and to assess the possible seepage paths. Pumping and injection tests were conducted to characterize the in-situ permeability of the strata. Based on the detailed field information, the seepage field and stress field of the study area were investigated using COMSOL Multiphysics and ABAQUS software. From these numerical simulations, the evolution of the water inflow and the stress/strain field in the shallow buried section of the tunnel could be predicted quantitatively at different construction and operation stages. This study showed that the seepage influence of the Longsheng Reservoir on the Kouzi village tunnel during the excavation and operational stages will be relatively weak. However, structural collapse of the tunnel and water inflow are likely to occur beneath the two gullies. Mitigation measures such as impervious walls and inverted arch structural elements were proposed to address these potential hazards.

     

大连地下石油储备库洞室群围岩稳定性及渗流场分析

为分析水封式大连地下石油储备库洞室群围岩稳定性及渗流场特征,首先基于现场地应力实测结果的回归分析,利用Fish语言编写函数,反演初始地应力场。其次,采用三维离散元程序3DEC生成三维节理网络模型,反演库区初始渗流场的各向异性特征。最后,利用应力与渗流耦合模块实施开挖仿真计算,获取围岩应力场、位移场变化特征。考虑平行、垂直层理面不同材料特性,基于带有抗拉的Mohr-Coulomb强度储备型点安全系数,定量评价洞室群的稳定性。借鉴国外水封效果评价标准,分别从地下水位线和垂直水力坡降2个方面,分析渗流场变化特征。研究表明:在洞室周边平行层理面点安全系数为1.02～1.25,垂直层理面点安全系数为1.95～2.00。在补水隧道及注水孔组成的人工水幕系统作用下,建设期内地下水位下降3～5 m,地下水位距洞室顶55 m。开挖洞室附近平均垂直水力坡降大于1.0,满足设计规范及密封性要求。     

渗流对基坑周边沉降的影响

基坑开挖卸荷，使应力场发生变化，引起坑周地面沉降。基坑开挖降水措施引起的地下水渗流，形成渗流场，用流网进行描述，应用井流原理，由裘布依公式求出水面线，水面线上部的土体由浮重度变化为饱和重度，下部的土体产生了渗透力，这些变化增大了坑周土体固结值。把由开挖产生的应力场与渗流场叠加，并通过有限元模拟，求取基坑周边地表沉降值。通过对一实际工程的对比，其计算值与实测值接近。     

基坑地下水渗流对周边环境影响分析

为了研究基坑开挖引起的地下水渗流对周边环境的影响,通过平面应变渗流耦合有限元法结合基坑支护形式和地下水控制措施对竖向位移、水平位移影响范围进行了分析。数值模型对实际施工工况进行了模拟,动态地分析了施工过程中地下水渗流对周边环境的影响。     

裂隙岩体渗流应力耦合机制研究

隧洞开挖前,岩体中的地下水与围岩应力处于一种相对平衡状态,由于隧洞的开挖,一方面使地下水排泄有了新的通道,加速了水循环,破坏了原有的补给一运移一排泄系统的平衡;另一方面,造成围岩应力重分布,部分结构面由于增压而闭合,部分岩体卸荷松弛或产生剪切滑移,人为破坏了原有的地下水渗流条件,使得隧洞自身成为地下水向外排泄的地下廊道...     

第四纪松散沉积层地下水疏降与地面沉降三维全耦合数值模拟

针对第四纪松散沉积层地下水疏降引起的地面沉降问题,以比奥固结理论为基础,考虑土体的非线性特征及土的渗透性随应力状态的动态变化,将地下水渗流场和土体应力场耦合起来,建立了地下水疏降与地面沉降变形的水土全耦合三维数学模型,并采用三维有限元数值分析方法,以上海市地铁四号线董家渡段隧道修复深基坑降水为例,模拟预测了基坑中心水位降至标高-23.4 m时基坑周围地下水渗流场与地面沉降变形场的分布特征。该模型稳定性好,收敛速度快,能模拟复杂三维地质体和整个基坑降水工程的结构,具有重要的工程实用价值。     

裂隙岩体渗流-应力-温度耦合作用研究

基于对深层地下水资源的开采利用和对岩体工程中易发生的地质灾害预测防范研究的目的，提出了开展裂隙岩体渗流-应力-温度耦合作用研究设想。为环境工程学科中防灾减灾工作及水资源合理利用提供了一个新的研究方法。     

考虑流固耦合的地下储油洞库稳定性研究

应力场与渗流场耦合是影响水封式地下储油洞库群稳定性的重要因素之一。洞库群的开挖导致形成区域地下水降落漏斗,因此储库水封系统必须保证稳定的地下水位。以“黄岛地下水封洞库工程”的设计方案为模型,基于流固耦合分析理论,采用有限差分软件Flac3D进行数值模拟,主要分析了饱和水状态下,渗流场对洞库周围围岩应力、位移变形和孔隙水压力的影响,并确定合理的水封方案和最优的水封巷道高度。文中所得结论对实际地下洞库群的设计施工具有一定的参考价值。     

锦屏二级水电站引水隧洞围岩稳定分析及支护设计

锦屏二级水电站引水隧洞地处高山峡谷地区,埋深大、洞线长,高地应力、高外水压力问题突出。按照围岩是地下工程中主要的承载结构这一设计思想,应用弹塑性有限元法分析了锦屏二级水电站引水隧洞开挖及支护过程中围岩的变形规律与特征、围岩应力分布及其变化规律、塑性区范围,比较研究了不同渗控方案对隧洞围岩和衬砌的工作状态的影响,得出了一些对高地下水位条件深埋引水隧洞的支护设计有普遍意义的结论。