围岩渗透性与隧洞外水压力的相关性探讨

论文摘要

21世纪以来,随着经济建设快速发展以及西部大开发战略的实施,在水电工程、交通工程、跨流域调水工程中,越岭隧道方案被大量采用并逐渐朝深埋、特长方向发展。随着隧洞埋深增大,隧洞的高外水压问题越来越突出。隧洞高外水压力的存在导致施工运营过程中经常出现大规模塌方、涌突水、衬砌破裂等工程事故。事故一旦发生,轻则影响施工,损坏机械,增加工程造价,重则造成国家财产损失、人员严重伤亡。隧洞高外水压力问题已成为当下隧洞设计和施工中很关键且无法回避的问题,引起社会各界的极大关注。通过查阅隧洞外水压力相关性文献,归纳总结国内外相关研究成果,认识到围岩渗透性是隧洞外水压力的重要影响因素,但目前为止关于围岩渗透性与隧洞外水压力的相关性研究大多是经验性的,不全面的。基于此,本文拟定“围岩渗透性与隧洞外水压力的相关性探讨”为选题,围绕无压隧洞外水压力问题,采用数值模拟法,系统地探讨了围岩渗透性对隧洞外水压力的影响机制和影响程度等理论,并与前人围岩渗透性与隧洞外水压力相关性的研究成果进行比对,初步建立了围岩渗透性与无压隧洞外水压力折减系数的对应关系:隧洞结构确定的均质围岩中:(1)同一水头高度下,围岩渗透性从强变弱,隧洞外水压力从大变小,隧洞外水压力折减系数从大变小。(2)围岩渗透性不变的情况下,水头高度越小,隧洞外水压力越小,隧洞外水压力折减系数越小。隧洞结构确定的非均质围岩中:(1)均质围岩中围岩渗透系数与隧洞外水压力折减系数的相关性同样适用于非均质围岩。(2)渗透系数规律性变化的围岩中隧洞外水压力的折减系数与等效渗透系数的围岩中隧洞外水压力的折减系数是有差别的。(3)存在透镜体的围岩中,随着水头高度的变化,渗透系数不同的透镜体对隧洞外水压力的影响效果是有差别的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 选题依据及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 渗流研究现状
• 1.2.2 外水压力研究现状
• 1.2.3 围岩渗透性与隧洞外水压力相关性研究现状
• 1.3 主要研究内容、研究思路和技术路线
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 研究思路
• 1.3.3 技术路线
• 第二章 隧洞外水压力作用机理及分析方法
• 2.1 隧洞外水压力概述
• 2.2 隧洞外水压力影响因素
• 2.3 隧洞外水压力计算方法
• 2.3.1 修正系数法
• 2.3.2 理论解析法
• 2.3.3 解析数值方法
• 2.3.4 水文地球化学方法
• 2.3.5 渗流-应力场耦合法
• 第三章 不同渗透性介质中地下水运移状况
• 3.1 地下水在含水介质中的运动
• 3.1.1 地下水流运动基本方程
• 3.1.2 基本微分方程
• 3.1.3 能量方程
• 3.2 介质的透水特征类型
• 3.2.1 按岩层渗透系数大小
• 3.2.2 按岩层透水性与空间坐标关系
• 3.2.3 按岩层透水性和渗流方向的关系
• 3.3 渗流场分析研究
• 3.3.1 渗流分析
• 3.3.2 渗流模型
• 第四章 围岩渗透系数对隧洞外水压力影响的研究
• 4.1 基本前提
• 4.2 不同渗透系数的围岩中隧洞外水压力的计算
• 4.2.1 均匀介质中无压隧洞外水压力计算
• 4.2.2 非均匀介质中隧洞外水压力计算
• 4.3 围岩渗透系数与隧洞外水压力的对应关系
• 第五章 折减系数研究方法的比较
• 5.1 与“物理试验方法”的对比分析
• 5.1.1 试验结果
• 5.1.2 对比结果
• 5.2 与“工程归纳法”的比较
• 5.2.1 归纳结果
• 5.2.2 对比结果
• 结论
• 6.1 总结
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位学术成果