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《西南交通大学》 2005年
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岩溶储气长隧道工程地质系统研究

陈强  
【摘要】:岩溶储气长隧道工程建设中地下水、天然气及其它不良工程地质条件对隧道施工安全、工程质量、结构稳定具有重要的控制作用,往往是岩溶山区长隧道工程建设的控制性因素。本文结合渝(重庆)—怀(化)铁路线圆梁山隧道工程地质研究,从岩溶作用、石油天然气问题、环境影响三个方面对岩溶储气长隧道工程地质进行了系统研究,初步建立了一套研究体系和基本理论框架。主要取得了以下成果: 一是岩溶地质研究。 (1) 碳酸盐岩区的化学热力学研究。分析了岩溶地下水的碳酸与二氧化碳分压对岩溶作用产生与发展的影响;应用多组分综合分析方法,采用地下水全分析结果设计了五个化学反应方程式,通过活度、反应平衡常数及吉布斯自由能之间关系的热力学关系及二氧化碳气体分压,构建了评价地下水侵蚀性的两个化学反应判据,准确地分析出地下水的侵蚀性,为工程实践提供了一种新的地下水侵蚀性分析、评价方法;并分析了地下水对混凝土的碳酸型、硫酸盐型与硫氢酸型侵蚀以及混凝土中碱—骨料反应。 (2) 碳酸盐岩区的岩溶动力学研究。根据矿物溶解与沉淀的关系,将岩溶储气长隧道分成深埋与开挖两个区域,依据确定的化学模型,利用水质的相对和绝对含量,运用化学热力学、化学动力学理论和相关分析方法进行溶蚀量或溶蚀模数的计算,得出隧道深埋区溶蚀总模数比隧道开挖区大10多倍的结论;采用化学热力学和化学动力学与地下水动力学理论相结合方法,给出了碳酸盐岩区水动力学和化学动力学模型,以及相关参数的计算公式。 (3) 岩溶突水突泥研究。讨论完善了岩溶突水突泥的定义,分析了岩溶突水突泥的基本特征与分类;应用断裂力学原理研究了岩溶突水突泥中的水力劈裂作用,得出深埋岩体为Ⅱ型裂纹扩展,给出了Ⅱ型裂纹扩展的临界水头值的计算公式和裂隙张开度在压裂作用下的计算公式:通过突水突泥破坏性分析,计算了圆梁山隧道“9.10”特大突泥事故冲击力,并应用离散单元法对突水突泥的突出过程进行数值模拟,动态地再现了圆梁山隧道突水突泥运动过程。 二是石油天然气地质研究。岩溶储气长隧道施工中发生的天然气突出不仅包括揭煤过程中的瓦斯突出,更主要的危害是石油天然气等非伴煤型天然气突
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:U452.1

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