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矿山法水底隧道渗流力学特征及分区防排水研究

李冬生  
【摘要】: 目前,我国跨江海水底隧道正蓬勃发展,然而水底隧道的修建与一般山岭隧道有所不同,采用矿山法修建存在一定的技术空白,同时,对水底隧道分区防排水关键技术的研究也很少。因此,展开对矿山法修建的水底隧道施工期间渗流力学特征以及分区防排水关键技术的研究就显得十分急迫。 论文采用有限差分软件FLAC3D,基于流-固耦合作用机理,同时结合“厦门-翔安”海底隧道及浏阳河水底隧道,主要对矿山法修建水底隧道施工期间的渗流力学特征及分区防排水关键技术进行研究。研究内容和研究成果如下: (1)综述分析了水压对水底隧道工程的力学效应、渗流场与力学场的耦合计算机理以及流-固耦合分析的等效连续介质数学模型。本文采用等效连续介质模型进行相关的研究。 (2)基于流-固耦合机理,对限量排放条件下,二次衬砌背后孔隙水压力进行了研究,得出了排水量与二衬背后孔隙水压力的关系曲线;同时,还对全排条件下,支护结构内力进行了研究,得出了注浆圈的施设对支护结构受力的影响。 (3)基于流-固耦合机理,对矿山法修建的采用不同排水边界的水底隧道进行了对比分析,得出了水底隧道施工期间的围岩及支护结构的渗流力学特征。 (4)对水底隧道采用分区防排水技术时,支护结构及垫层背后孔隙水压力和围岩内渗流场的分布规律进行了研究;同时,针对水底隧道支护结构背后孔隙水压力及排水段的排水量,分析了过渡段垫层渗透系数对其的影响;最后,对计算尚未收敛时,过渡段初衬背后孔隙水压力进行了分析,得出了在孔隙水压力收敛过程中,特别容易发生水流积聚现象的部位。


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