管道型岩溶隧道突水涌泥致灾机理及处治技术研究——以大寨隧道为例

摘要

管道型岩溶因岩溶裂隙经过进一步溶蚀扩大，呈现汇流的管道特征，且岩溶管道在地下水循环系统中有导水路径的特征，发生突水涌泥时，灾害影响比较严重。本文以在建的贵州省毕节市至二龙关（省界）高速公路大寨隧道为工程依托，对管道型岩溶隧道突水涌泥致灾机理及处治技术进行研究。首先，通过建立修正后的围岩最小防突厚度和充填介质渗透、滑移失稳力学模型，并运用到大寨隧道的工程实践中进行分析预测；然后，运用FLAC3D有限差分软件建立三维模型，分析岩溶管道渗透突水机理的预测分析；最后，将预测分析结果应用到大寨隧道突水涌泥的处治措施中。
　　本研究主要内容包括：⑴通过发生突水涌泥的灾害特征和机理分析，建立相关力学模型，得出：隧洞发生突水涌泥时围岩最小防突厚度的界限条件；充填介质渗透、滑移失稳时充填体的稳定系数K，以此来判断该处是否发生突水涌泥情况。⑵分析渗流基本定律、应力场和渗流场的相互作用机理，利用FLAC3D的分析方法，建立三维数值模型，进行了四个方面的研究：分析流固耦合前后的围岩应力、孔隙水压力及竖向位移的变化，发现由于水压渗透影响，孔隙水压力和围岩有效应力有所降低，隧洞周边沉降增大；当围岩在不同侧压力系数的情况下，得出随着λ的不断增大，隧洞围岩的塑性区不断增大，最终导致突水涌泥；在不同溶腔水压力作用下，充填介质和隧洞之间的应力、位移和塑性区的变化，得到随着 P的增大，应力、位移和塑性区都在不断增大，最终导致隧洞突水涌泥现象；最后分析不同充填厚度对隧洞的影响，通过周围塑性区和内部位移变化，表明随着充填物的增加，隧洞发生突水涌泥的现象会愈来愈小。⑶通过对管道型岩溶隧道发生突水涌泥灾害的机理和模拟预测分析，提出大寨隧道发生突水涌泥灾害的处治技术。

目录

1 绪 论

1.1 选题依据及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容与方法

2 突水涌泥特征及隧区地质环境条件

2.1 概述

2.2 突水涌泥灾害特征

2.3 突水涌泥灾害成因

2.4 隧区工程地质环境条件

2.5 隧区涌水量等级划分

2.6 本章小结

3 岩溶隧道突水涌泥致灾机理及预测计算

3.1 概述

3.2 岩溶管道认识分析

3.3 突水涌泥发生的机理

3.4 隧区某处最小防突厚度计算

3.5 隧区某处充填介质破坏预测

3.6 本章小结

4 隧区突水涌泥预测研究

4.1 概述

4.2 数值模拟分析

4.3 流固耦合前后结果分析

4.4 不同侧压力系数对隧道左洞的影响

4.5 不同水压力对隧道左洞的影响

4.6 不同充填物厚度对隧道右洞的影响

4.7 本章小结

5 大寨隧道突水涌泥处治技术

5.1 概述

5.2 超前地质预报的概念

5.3 隧区突水涌泥预防

5.4 隧区突水涌泥处治措施

5.5 隧区监控量测

5.6 隧区周边溶洞处治

5.7 本章小结

6 结论与展望

6.1 结 论

6.2 展 望

致谢

参考文献

附录

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