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岩溶隧道岩盘安全厚度计算方法及突水灾害发生机理研究

曾艺  
【摘要】:鉴于我国岩溶隧道施工过程中频繁遭遇的突水灾害造成重大损失和人员伤亡的现状,本项目以防止岩溶隧道突水灾害发生为目的,结合国内外突水灾害案例,依托国家安全生产监督管理总局项目“岩溶隧道桥隧过渡段围岩稳定性及施工力学行为研究”和四川教育厅科技计划项目“岩溶隧道突水灾害发生机理及防治措施研究”,以圆梁山隧道为背景,通过文献调研,归纳分析了岩溶隧道突水灾害特征及其影响因素,在此基础上分别推导出溶腔隐伏洞分别分布于岩溶隧道顶部、侧部和底部时的岩盘安全厚度值,并利用数值分析方法深入研究了岩溶隧道突水灾害发生机理及其防治措施,以期解决岩溶隧道防治突水灾害设计中的不足和难点。主要研究成果如下: (1)对国内外岩溶隧道突水、突泥灾害事故进行总结和归类,明确突水突泥灾害对工程的巨大危害作用;对岩溶突水机理的研究现状进行了总结,指出目前研究存在的科学问题,明确研究目的、内容和方法。分析岩溶隧道突水灾害特征和岩溶隧道突水灾害的影响因素,相关研究有助于加深人们对岩溶隧道突水灾害的理解和认识。 (2)将岩溶隧道岩盘简化为结构力学模型,分别考虑溶腔隐伏洞分别位于隧道顶部、底部以及侧部时,按抗弯以及抗剪强度推导出岩盘安全厚度的解析表达式。理论结果得出的岩盘厚度值与工程实际预留的安全厚度值比较接近,结果验证了理论公式的合理性。 (3)以FLAC3D数值软件为基础,建立了隐伏溶腔分别位于隧道顶部、底部以及侧部时三种数值计算模型,并将溶腔内水压力简化为溶腔内等效的法向应力。根据水压力以及位移增长曲线可以判断出了岩盘发生破坏的临界水压力,进而得出水压力和岩盘安全厚度之间的关系曲线;数值结果和理论结果对比发现:数值结果得出的岩盘安全厚度值比理论结果稍微偏小,但是安全厚度值随水压力的增长率基本相当。 (4)结合圆梁山隧道毛坝向斜2#溶洞的相关特点,整理了针对2#溶洞突水防治的主要方法,为了验证注浆对隧道稳定性的影响,通过FLAC3D对注浆效果进行了检验,对比注浆前后岩盘受到的最大剪应力、最大主应力以及位移状况,得到以下结论:注浆后隧道周边围岩最大剪应力、最大主应力以及岩盘发生的最大位移值都有一定程度的减少,说明注浆后围岩的整体强度得到明显的提升,围岩的抵抗溶腔高水压的能力得到明显加强。 (5)圆梁山2#溶腔周边的监测资料显示,衬砌受到的压应力比数值模拟结果明显偏大,说明有两种可能:一是围岩周边存在的水压力大于4MPa;二是FLAC3D在计算的过程中没有考虑到实际围岩存在的结构面问题,采用的围岩参数比实际围岩参数更好。


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