现代深部岩溶形成机理及其对越岭隧道工程控制作用评价

论文摘要

现代深部岩溶作为一种特殊的岩溶形式是随着人们生产生活范围的延拓,而逐渐的进入我们的研究视线的。由它带来的一系列地质工程问题对越岭隧道工程具有极强的控制性和危害性,如渝怀线圆梁山深埋特长越岭隧道工程出现的高压突水、突泥问题,既控制了工程的施工难度,同时又是一个极具挑战性的理论难题。本文在研究现代深部岩溶发育受控因素、现代深部岩溶的发育机制的基础上,对现代深部岩溶的水动力-水化学、现代深部岩溶对越岭隧道工程的控制作用等方面进行了深入的研究。初步建立起了一套现代深部岩溶对越岭隧道工程控制作用的评价体系。该体系的建立,既丰富了现代深部岩溶的工程地质理论体系,同时对于深埋越岭隧道工程来说又具有重大的工程实践意义。通过系统的研究主要取得了以下成果:（1）对现代深部岩溶采用二级分类方法建立了工程地质分类体系。利用地质构造类型作为一级分指标把现代深部岩溶划分为巨厚层型现代深部岩溶、单一构造型现代深部岩溶、复合构造型现代深部岩溶;依据岩溶发育的位置、构造类型及开启状况为二级分类方法,把上述一级分类细化为层内现代深部岩溶、河谷现代深部岩溶、开启向斜型现代深部岩溶、封闭向斜型现代深部岩溶、断裂带型现代深部岩溶等二级分类。并对各类现代深部岩溶的特征进行了深入的分析、研究。（2）从岩性、通道条件、场效应条件等三个方面研究了现代深部岩溶的发育受控因素。可溶岩的岩性作为物质基础本身来说,它不会随其埋藏位置的深浅而发生岩石化学成分的改变,对岩溶发育的控制就不会随其深度的变化而变化。通道条件对现代深部岩溶的控制由通道的性质、规模来决定。而场效应对深部岩溶的控制作用是与通道条件密切关联的,只有在有特殊通道条件下,场效应才发挥其控制作用。（3）结合现代深部岩溶发育的地质力学模式和地下水水动力模式,提出了现代深部岩溶的发育模式,包括厚层-径流型、河谷-排泄型、向斜-径流型、断裂-排泄型、复合型等五种模式,其中向斜-径流型可以在细化为陡倾紧密向斜-径流型、缓倾开阔向斜-径流型。并对各种模式的发育机制进行了深入的研究。（4）以目前揭露现代深部岩溶最为典型的圆梁山隧道毛坝向斜段为例,建立起了该隧道区地下水数学模型,采用visual modflow对向斜区域进行了地下水流动的数值模拟。根据水化学资料对圆梁山隧道区进行了水化学模拟。在此基础上,利用地下水数值模拟和水化学模拟结果对圆梁山隧道区毛坝向斜段的现代深部岩溶的岩溶化作用进行了模拟。（5）通过对一系列工程实例的统计分析,提出现代深部岩溶的工程地质问题主要包括隧道突水、突泥问题,溶洞、隧道与溶洞间岩层失稳问题,高压水问题三个方面,而对越岭隧道工程起控制作用的主要为隧道的突水、突泥问题和高压水问题。提出了现代深部岩溶对越岭隧道工程的控制作用的评价体系,认为采用“隧道突水、突泥危险性分级体系”来评价现代深部岩溶对越岭隧道工程控制作用是合理的、科学的、符合工程实际的。综合考虑现代深部岩溶诸多因素确立了评价体系的评价指标。利用AHP法计算出了一级、二级指标体系各指标在相应层次中所占有的权重值。采用岭形函数法确定了各因子在各级别种的隶属度值。利用Visual Basic语言、Formula One（Demo版）等控件开发了“隧道突水、突泥危险性分级系统”软件。以渝怀线圆梁山隧道毛坝向斜段、贵昆线乌蒙山2号隧道为例,对每个隧道的各分段的隧道突水、突泥危险性进行分级评价。根据隧道突水、突泥危险性级别及其防治原则制定了相应的防治措施。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1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 岩溶基准面的研究
• 1.2.2 深部岩溶及其形成机理研究
• 1.2.3 复杂岩溶介质地下水数值模拟模型研究
• 1.2.4 岩溶的水化学、水动力研究
• 1.3 研究思路及技术路线
• 1.4 取得的主要研究成果
• 第2章 西南地区岩溶地质环境条件
• 2.1 自然地理
• 2.1.1 地形地貌
• 2.1.2 气候条件
• 2.2 地层岩性
• 2.2.1 扬子区
• 2.2.2 江南区
• 2.3 地质构造及演化历史
• 2.3.1 地质构造
• 2.3.2 构造演化
• 2.4 新构造运动及地貌演化
• 2.5 区域岩溶地下水特征
• 2.5.1 岩溶地下水类型
• 2.5.2 岩溶地下水补径排条件
• 第3章 现代深部岩溶概念的厘定
• 3.1 岩溶的由来及岩溶
• 3.2 古岩溶、现代岩溶
• 3.3 深部岩溶、现代深部岩溶
• 第4章 现代深部岩溶工程地质分类及特征研究
• 4.1 深部岩溶的分类现状
• 4.2 现代深部岩溶工程地质分类
• 4.3 现代深部岩溶特征研究
• 4.3.1 巨厚层现代深部岩溶特征研究
• 4.3.2 单一构造型现代深部岩溶特征研究
• 4.3.3 复合构造型现代深部岩溶特征研究
• 4.4 本章小结
• 第5章 现代深部岩溶发育受控因素研究
• 5.1 现代深部岩溶与浅部岩溶在控制因素上的区别与联系
• 5.2 岩性与深部岩溶发育的关系
• 5.3 通道条件对深部岩溶发育的控制
• 5.3.1 向斜构造对现代深部岩溶的发育控制
• 5.3.2 断裂构造对现代深部岩溶的发育控制
• 5.3.3 河谷的演化发展对河谷深岩溶的控制
• 5.4 场效应对现代深部岩溶的控制作用
• 5.4.1 水流场
• 5.4.2 离子场
• 5.4.3 温度和气压场
• 第6章 现代深部岩溶发育机制及演化研究
• 6.1 现代深部岩溶发育模式
• 6.2 现代深部岩溶发育机制研究
• 6.2.1 厚层-径流型
• 6.2.2 河谷-排泄型
• 6.2.3 向斜-径流型
• 6.2.4 复合型
• 6.3 现代深部岩溶的演化
• 6.4 小结
• 第7章 现代深部岩溶的水动力-水化学研究
• 7.1 岩溶水动力-水化学作用概述
• 7.2 研究区岩溶水文地质条件
• 7.2.1 含水层岩性组合特征
• 7.2.2 研究区岩溶水系统划分
• 7.2.3 研究区水化学特征
• 7.3 现代深部岩溶水的数值模拟
• 7.3.1 三维模型的建立
• 7.3.2 模型校验
• 7.3.3 研究区岩溶水模拟结果分析
• 7.4 现代深部岩溶的水化学模拟
• 7.4.1 饱和指数的计算
• 7.4.2 模拟计算结果分析
• 7.5 水动力-水化学双场作用对现代深部岩溶发育控制研究
• 7.6 本章小结
• 第8章 现代深部岩溶对越岭隧道工程的控制作用评价
• 8.1 现代深部岩溶的工程地质问题
• 8.2 现代深部岩溶对越岭隧道工程控制作用的评价体系
• 8.2.1 现代深部岩溶对越岭隧道工程控制作用的表现
• 8.2.2 现代深部岩溶对越岭隧道工程控制作用评价体系的提出
• 8.3 现代深部岩溶对越岭隧道工程控制作用评价
• 8.3.1 模糊综合评判法的数学模型
• 8.3.2 指标体系的确定
• 8.3.3 权重的确定
• 8.3.4 隶属度的构造
• 8.3.5 隧道突水、突泥危险性分级系统编制
• 8.4 典型实例研究
• 8.4.1 圆梁山隧道毛坝向斜段隧道突水、突泥危险性评价
• 8.4.2 乌蒙山2号隧道突水、突泥危险性评价
• 8.5 隧道突水、突泥灾害防治措施研究
• 8.5.1 隧道突水、突泥的防治原则
• 8.5.2 隧道突水、突泥的防治措施
• 8.6 本章小结
• 第9章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读博士学位期间发表的学术论文
• 攻读博士学位期间主要参加的科研实践项目