【博士】基于滲流場損傷場耦合理論的隧道涌水量預測研究【2008】

內容簡介

　　學科專業(yè)：國土資源信息工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：中南大學　　學位年度： 2008年　　隧道涌水不僅威脅施工的安全、造成隧道結構的破壞，而且還對周邊生態(tài)環(huán)境造成影響，因此，隧道涌水量預測不僅是水文地質學中一個重要的理論問題，也是隧道防排水設計和施工中一個亟待解決的現(xiàn)實問題。目前，隧道涌水量的預測方法很多，但是，其預測結果與實際情況往往出現(xiàn)較大的誤差。針對這個問題，在總結前人研究成果的基礎上，收集了雪峰山隧址區(qū)地質勘察和設計資料，并在施工期間進行了大量的地質調查、隧道圍巖內部多點位移量測試驗、涌水量測試分析，運用斷裂損傷、裂隙介質有關理論，對雪峰山隧道的滲流場、應力場、涌水量預測及驗證進行了較系統(tǒng)的研究：　　1、)通過對雪峰山隧址區(qū)地質特征的研究，闡述了雪峰山隧址區(qū)地下水分布狀況、巖體裂隙結構特征、裂隙介質的透水性以及滲透系數(shù)在空間上分布的層次性和隨機性特征；　　2)歸納出裂隙介質四種印模破裂形態(tài)，運用最dx-"乘法迭代算法，推導出裂隙巖體地應力計算模型，并通過工程實例的實測數(shù)據加以驗證及誤差判斷；結合數(shù)值分析的方法，分析了隧址區(qū)裂隙巖體地應力的空間分布特征；　　3、)運用巖體蠕變和粘彈性斷裂力學、可靠度等原理，對滲流場和損傷場在圍巖位移中的變化規(guī)律和裂隙圍巖可靠度進行探討，建立了在裂隙巖體中隧道開挖的雙場耦合蠕變模型和可靠度分析模型，結合Laplace變換，推導出圍巖的徑向位移函數(shù)表達式，論證了應力卸荷、滲流力作用，以及節(jié)理裂隙分布對徑向位移和可靠度的影響；　　4)運用裂隙巖體的斷裂損傷理論，結合滲流場與損傷場耦合關系和實測滲透系數(shù)、地應力數(shù)據，以及滲透系數(shù)的隨機因素，分析滲透參數(shù)空間分布特征，建立了一種滲透參數(shù)與應力損傷耦合計算式；　　5）建立了隧道涌水量分析的工作程序和滲流場與損傷場耦合隨機涌水量方程，即為裂隙巖體等效連續(xù)介質耦合滲流控制方程；結合滲透場與應力損傷場的隨機特征，提出了在滲流與應力損傷耦合環(huán)境下，隧道涌水量預測計算的水文地質數(shù)值隨機模擬法，并利用FLAC軟件，建立了在滲流與應力損傷耦合環(huán)境下，隧道涌水量預測計算的水文地質數(shù)值隨機模型的分析流程?！　?)考慮到地下水流經各層的面積、流量和滲透系數(shù)的關系，嘗試建立一種層次滲透系數(shù)計算表達式，并結合工程實例進行預測及驗證，論證了滲透系數(shù)空間分布對涌水量預測結果的影響；　　7)以雪峰山隧道ZKl00+315～100+660段為例，采用傳統(tǒng)的解析法、在耦合環(huán)境下平均滲透參數(shù)數(shù)值法與滲透參數(shù)空間差異分布數(shù)值法預測涌水量；并對預測結果與實測結果進行比較分析，探討滲透系數(shù)、給水度(孔隙度)、水頭高、降雨入滲量，影響半徑等參數(shù)對涌水量的影響程度，并進行了隨機變量的靈敏度分析?！　?

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