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考虑流固耦合的富水软岩隧道力学特性及合理注浆参数研究

路平  
【摘要】:随着我国交通运输业的飞速发展,大量公路与铁路修建于富水软岩地层。隧道工程在该地层施工时经常出现拱顶塌方或大变形等问题,增加了工程投资与施工难度。目前,对富水软岩隧道的研究主要着眼于岩体力学参数低对隧道施工的不利影响以及相应的施工控制措施,忽略了地下水渗流对软岩隧道的力学作用,从流固耦合角度对富水软岩隧道的研究还不够深入。本文以湖南省吉怀高速南山寨隧道为工程背景,主要对富水软岩隧道进行了以下方面的研究工作: (1)在调研了流固耦合相关理论及其基本方程的基础上,综合论述了地下水对岩体的作用效应,主要包括地下水对岩体的力学作用、地下水对岩石强度的弱化作用、渗流降低开挖面的稳定性等。 (2)通过建立对比工况,分别对考虑与不考虑流固耦合效应的变形与应力特性进行研究,得出渗流场对富水软岩隧道施工变形与应力的影响态势与程度。 (3)通过数值模拟方法,研究地下水位、洞内限排等渗流场控制因素对渗流场、围岩与支护结构应力和位移分布的影响规律,为实际施工过程的应力与变形控制提供相应的理论依据。 (4)为了直观地从流固耦合角度了解注浆的力学效果,仅考虑注浆对渗透系数的降低作用,从注浆层的厚度、抗渗系数和注浆范围三个角度,对富水软岩隧道合理注浆参数进行研究。 (5)选取湖南省吉怀高速南山寨隧道富水软岩段一典型断面进行数值分析,并通过对拱顶沉降、周边收敛、围岩压力和二衬应力的监测,了解围岩的稳定性及支护结构的受力状态,并与数值计算结果进行比较,验证数值计算的可靠性。


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