蓝商高速公路李家河隧道岩体渗流观测与分析

论文摘要

渗水和涌水是公路隧道施工中常见的主要地质灾害,也是运营中的主要病害。在深埋隧道中,隧道通过的地质条件复杂,揭示的水文地质单元较多。隧道的开挖,引起周围岩体应力重分布,同时也破坏了地下水的排泄通道。因此对隧道裂隙岩体渗流场进行观测与分析,在设计、施工中采取相应的防、排水措施对隧道施工和运行有着重要的意义。本文以蓝商高速公路李家河隧道为研究对象,进行的主要研究工作有:（1）分析了裂隙岩体渗流研究现状,明确了李家河隧道渗流分析的主要目标是正确估计水库蓄水后隧道的渗流量,为防、排水设计提供依据;（2）在隧道区域地质调查基础上,进行了隧道与水库之间裂隙调查与统计、断层调查。重点进行了隧道开挖期间渗流量的观测与分析;（3）结合现场钻孔压水实验、钻孔放水试验,初步确定了岩体的渗透系数;（4）建立了李家河隧道渗流数值模型,依据隧道开挖施工期间渗流量的现场观测结果,基于软件GEO-SLOPE的模拟分析反演得到分区渗流参数分布;（5）根据求得的渗流参数分布场,模拟了李家河水库蓄水后隧道的渗漏量,为隧道的防、排水设计提供了依据。在渗流分析过程中,对考虑耦合与不考虑耦合作用进行了比较。得出如下结论:（1）通过现场观察、实测,获得了隧道开挖状态下的渗漏状态和隧道总的渗漏量。（2）隧洞涌水预测中,考虑渗流场与应力场的耦合作用得到的渗漏量比不考虑耦合时大30%以上。（3）通过反复调整渗透系数,模拟天然渗流状态下隧道的渗流量使之与实测渗流量相符,从而得出准确的渗透系数。（4）根据反演得到的分区渗流参数分布,经模拟获得了水库蓄水后总的隧道渗水量。（5）根据模拟计算的隧道渗水量,提出隧道防渗设计依据的建议。分析现场的渗流状态,提出修改设计的建议:以排为主,渗流量较大部位增加灌浆措施,减小渗漏量,减轻排水设施的压力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1.绪论
• 1.1 公路隧道的特点
• 1.2 公路隧道渗流的研究意义
• 1.2.1 公路隧道的渗水危害
• 1.2.2 公路隧道建设方兴未艾
• 1.2.3 蓝商高速公路李家河隧道渗流研究对防渗设计影响巨大
• 1.3 渗流场与应力场耦合分析的工程应用研究
• 1.3.1 渗流应力耦合理论在水利水电工程中的应用
• 1.3.2 渗流应力耦合理论在高边坡工程中的应用
• 1.3.3 深基坑工程渗流应力耦合分析
• 1.3.4 核废料储存中的渗流应力耦合分析
• 1.3.5 深埋隧道工程渗流应力耦合分析
• 1.4 裂隙岩体渗流与应力耦合的研究现状
• 1.4.1 裂隙岩体渗流的研究历史
• 1.4.2 裂隙岩体渗流模型的研究现状
• 1.4.3 裂隙岩体渗流场与应力场耦合研究
• 1.5 李家河公路隧道渗流分析面临的问题
• 1.6 本论文研究的主要内容
• 2.水文地质概况及隧道施工渗流观测分析
• 2.1 隧道工程区气象状况
• 2.2 工程区区域地质
• 2.2.1 地层岩性
• 2.2.2 坝址区的地质构造
• 2.3 工程区水文地质
• 2.3.1 松散物孔隙地下水
• 2.3.2 基岩裂隙地下水
• 2.3.3 地下水的补给条件
• 2.3.4 地下水的径流条件
• 2.4 李家河水库区水文地质条件
• 2.4.1 坝址区岩性特征
• 2.4.2 库岸边坡构造调查
• 2.5 断层带的确定及钻孔压水试验
• 2.6 压水试验的渗透系数的计算
• 2.7 钻孔放水试验的岩体渗透系数计算
• 2.8 隧道开挖施工渗流状态观测与分析
• 2.9 本章小结
• 3.岩体渗流基本理论
• 3.1 岩体孔隙结构
• 3.2 岩体裂隙结构
• 3.3 岩体的渗流特性
• 3.3.1 岩体与土体渗流的区别
• 3.3.2 岩体的渗透率与渗透系数
• 3.3.3 岩体的渗透率张量和渗透系数张量
• 3.4 单裂隙内的水流运动规律
• 3.5 本章小结
• 4.隙岩体渗流场与应力场耦合分析
• 4.1 渗流场与应力场的耦合作用
• 4.1.1 应力场对渗流场的作用
• 4.1.2 渗流场对应力场的作用
• 4.2 岩体渗流场与应力场耦合的等效连续介质数学模型
• 4.2.1 等效连续介质模型分析裂隙岩体渗流的必要条件
• 4.2.2 单一裂隙渗流与应力耦合关系
• 4.2.3 用机理分析法建立岩体渗流场与应力场耦合的数学模型
• 4.2.4 用混合分析法建立岩体渗流场与应力场耦合的数学模型
• 4.2.5 耦合模型的求解步骤
• 4.3 本章小节
• 5.李家河公路隧道中的渗流分析应用
• 5.1 GEO-SLOPE软件的渗流与应力分析原理
• 5.1.1 模块SEEP/W中渗流分析原理
• 5.1.2 模块SIGMA/W的有限元分析
• 5.2 SEEP/W模块与SIGMA/W模块中的耦合分析
• 5.3 耦合数学模型
• 5.4 计算模型及采用参数
• 5.4.1 A—A剖面数值模拟
• 5.4.2 B—B剖面数值模拟
• 5.4.3 计算结果分析
• 5.4.4 本文计算结果与前人成果的对比
• 5.5 隧道的防排水及漏水治理工程措施
• 5.5.1 防水办法
• 5.5.2 排水措施
• 5.5.3 常用防水措施及施工方法
• 5.5.4 衬砌裂缝的防治
• 5.6 李家河隧道的防排水工程措施分析
• 5.6.1 李家河隧道渗流特点
• 5.6.2 李家河隧道防渗措施分析
• 6.讨论与结论
• 6.1 讨论
• 6.2 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录