岩溶储气长隧道工程地质系统研究

论文题目: 岩溶储气长隧道工程地质系统研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 岩土工程

作者: 陈强

导师: 胡厚田

关键词: 工程地质,岩溶,化学热力学,长大隧道,隧道工程环境,石油天然气,突水突泥,离散单元法

文献来源: 西南交通大学

发表年度: 2005

论文摘要: 岩溶储气长隧道工程建设中地下水、天然气及其它不良工程地质条件对隧道施工安全、工程质量、结构稳定具有重要的控制作用,往往是岩溶山区长隧道工程建设的控制性因素。本文结合渝(重庆)—怀(化)铁路线圆梁山隧道工程地质研究,从岩溶作用、石油天然气问题、环境影响三个方面对岩溶储气长隧道工程地质进行了系统研究,初步建立了一套研究体系和基本理论框架。主要取得了以下成果: 一是岩溶地质研究。 (1) 碳酸盐岩区的化学热力学研究。分析了岩溶地下水的碳酸与二氧化碳分压对岩溶作用产生与发展的影响;应用多组分综合分析方法,采用地下水全分析结果设计了五个化学反应方程式,通过活度、反应平衡常数及吉布斯自由能之间关系的热力学关系及二氧化碳气体分压,构建了评价地下水侵蚀性的两个化学反应判据,准确地分析出地下水的侵蚀性,为工程实践提供了一种新的地下水侵蚀性分析、评价方法;并分析了地下水对混凝土的碳酸型、硫酸盐型与硫氢酸型侵蚀以及混凝土中碱—骨料反应。 (2) 碳酸盐岩区的岩溶动力学研究。根据矿物溶解与沉淀的关系,将岩溶储气长隧道分成深埋与开挖两个区域,依据确定的化学模型,利用水质的相对和绝对含量,运用化学热力学、化学动力学理论和相关分析方法进行溶蚀量或溶蚀模数的计算,得出隧道深埋区溶蚀总模数比隧道开挖区大10多倍的结论;采用化学热力学和化学动力学与地下水动力学理论相结合方法,给出了碳酸盐岩区水动力学和化学动力学模型,以及相关参数的计算公式。 (3) 岩溶突水突泥研究。讨论完善了岩溶突水突泥的定义,分析了岩溶突水突泥的基本特征与分类;应用断裂力学原理研究了岩溶突水突泥中的水力劈裂作用,得出深埋岩体为Ⅱ型裂纹扩展,给出了Ⅱ型裂纹扩展的临界水头值的计算公式和裂隙张开度在压裂作用下的计算公式:通过突水突泥破坏性分析,计算了圆梁山隧道“9.10”特大突泥事故冲击力,并应用离散单元法对突水突泥的突出过程进行数值模拟,动态地再现了圆梁山隧道突水突泥运动过程。 二是石油天然气地质研究。岩溶储气长隧道施工中发生的天然气突出不仅包括揭煤过程中的瓦斯突出,更主要的危害是石油天然气等非伴煤型天然气突

论文目录:

第1章 绪论

1.1 选题依据及研究意义

1.2 国内外研究现状分析

1.2.1 岩溶地质及水文地球化学研究

1.2.2 岩溶天然气研究

1.2.3 岩溶环境研究

1.2.4 隧道工程地质超前预报研究

1.3 论文研究思路、研究内容及技术路线

第2章 圆梁山岩溶储气长隧道工程地质特征

2.1 地形地貌特征

2.2 气候环境特征

2.3 地层岩性

2.4 地质构造特征

2.4.1 毛坝向斜

2.4.2 毛坝向斜中的断层

2.4.3 毛坝向斜中的节理构造

2.4.4 桐麻岭背斜

2.4.5 区域构造应力场演化

2.4.6 地震基本烈度与现今构造应力场

2.5 水文地质条件

2.6 小结

第3章 碳酸盐岩区地下水化学热力学机理分析

3.1 碳酸盐岩区地下水的碳酸平衡

3.1.1 地下水的碳酸组成

3.1.2 二氧化碳分压对地下水碳酸平衡的影响

3.1.3 碳酸盐岩区地下水系统碳酸平衡

3.2 岩溶水化学作用原理

3.3 地下水侵蚀性的化学热力学分析

3.3.1 计算式及判别式

3.3.2 实例计算

3.3.3 结果分析

3.4 地下水对混凝土侵蚀性的热力学分析

3.4.1 碳酸侵蚀

3.4.2 硫氢酸侵蚀

3.4.3 硫酸盐侵蚀

3.4.4 碱--碳酸盐岩反应机理

3.5 小结

第4章 碳酸盐岩区岩溶水化学动力学模型

4.1 碳酸盐岩矿物溶蚀模量的确定

4.1.1 隧道深埋区的溶蚀模量

4.1.2 隧道开挖区的溶蚀模量

4.1.3 实例计算

4.2 岩溶水动力学与化学动力学模型研究

4.2.1 基本方程的建立

4.2.2 岩溶水动力学和化学动力学模型

4.3 小结

第5章 岩溶突水、突泥机理研究

5.1 岩溶突水、突泥的定义

5.2 岩溶突水、突泥分类及特征分析

5.2.1 岩溶突水、突泥分类

5.2.2 岩溶突水、突泥的基本特征

5.2.3 岩溶管道与突水、突泥关系分析

5.3 岩溶突水、突泥基本条件分析

5.4 岩溶突水、突泥断裂力学机理研究

5.4.1 岩体中水力劈裂作用的断裂力学原理

5.4.2 岩体水力劈裂作用的断裂力学分析

5.4.3 高水头压力作用下岩体裂隙张开度分析

5.5 岩溶突水、突泥破坏性分析

5.6 突水、突泥过程离散元数值模拟

5.6.1 模型及参数

5.6.2 计算结果分析

5.7 小结

第6章 岩溶工程地质预报研究

6.1 概况

6.2 工程地质预报方法分析

6.3 圆梁山隧道岩溶突水、突泥预测预报

6.3.1 岩溶突水突泥条件分析

6.3.2 对PDK354+255～+275的预测预报

6.3.3 圆梁山9.10突泥事故分析

6.4 岩溶突水、突泥的预防

6.5 小结

第7章 天然气运移突出机理研究

7.1 隧道天然气概述

7.2 天然气运移机理

7.3 天然气运移的宏观与微观机理

7.4 天然气运移的数学模型

7.5 天然气的扩散模型

7.5.1 天然气分子扩散的机理

7.5.2 天然气扩散的地质模型

7.6 天然气运移的气固祸合的离散元数值模拟

7.6.1 理论基础

7.6.2 模型及参数

7.6.3 计算结果分析

7.7 圆梁山隧道进口端天然气蕴藏特征

7.8 洞内空气监测结果与现象关系分析

7.8.1 有毒有害气体的种类及其评价

7.8.2 空气质量评价指标及控制标准

7.8.3 空气质量检测及结果

7.8.4 测定结果分析

7.8.5 隧道内空气质量的评价与建议

7.9 天然气突出预防措施

7.10 小结

第8章 长隧道岩溶环境及工程环境研究

8.1 概述

8.2 长隧道岩溶环境、工程环境特征分析

8.2.1 长隧道岩溶环境特征分析

8.2.2 长隧道工程环境特征分析

8.2.3 长隧道岩溶环境、工程环境系统

8.3 长隧道工程对环境影响分析

8.3.1 岩溶环境分类及特征

8.3.2 长隧道工程建设对环境影响分析

8.4 长隧道岩溶塌陷分析

8.4.1 长隧道岩溶塌陷的分类

8.4.2 长隧道岩溶塌陷的形成条件及特征

8.4.3 岩溶塌陷的预测研究

8.5 岩溶储气地区环境保护措施初探

8.6 小结

结论

致谢

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及科研成果

发布时间: 2005-08-16

参考文献

• [1].岩溶地区地铁隧道盾构掘进安全控制技术研究[D]. 李结全.广西大学2018
• [2].基于地质雷达的岩溶地区公路隧道超前探测技术研究[D]. 温世儒.长安大学2015
• [3].隧道岩溶突涌水机理与治理方法及工程应用[D]. 路为.山东大学2017

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• [3].盾构隧道管片土压力的研究[D]. 钟小春.河海大学2005
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• [5].高速铁路隧道缓冲结构的理论和试验研究[D]. 赵文成.西南交通大学2004

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