半无限平面含注浆圈深埋隧道渗流场解析研究

基于复变函数和渗流力学理论,采用保角变换将半无限平面围岩渗流场解析问题转化为二维圆环域的Laplace方程求解问题.根据边界条件和流量连续条件,对围岩、衬砌及注浆圈的渗流场进行联立求解,推导出半无限平面含注浆圈深埋隧道渗流场解析解.通过与镜像法解析解及数值解进行对比,验证了该解析解的可靠性.运用该解析解分析含注浆圈深埋隧道渗流场对注浆参数变化的敏感性,结果表明： 注浆参数变量可通过与注浆圈渗透系数负相关,与注浆圈厚度正相关的无量纲影响因子统一表示;隧道渗流量、衬砌外水头以及渗流场敏感性随着注浆参数影响因子的增大而减小;随着衬砌渗透系数减小,衬砌厚度增大,隧道渗流场对注浆参数变化的敏感性减弱,而隧道埋深与断面尺寸的变化则对其影响很小.     

富水区隧道渗流场解析解及合理支护参数

以复势函数和地下水力学理论为基础,引入双极坐标描述等势线,推导由围岩、注浆圈和初期支护组成的富水地区隧道渗流场解析解,获得隧道注浆前后初期支护外水头的水头差公式. 通过与保角变换法、镜像法和数值模拟计算结果对比,验证所提解析方法的合理性. 通过研究隧道注浆圈、初期支护的渗流参数与初期支护外水头、渗水量及水头差的关系,提出隧道结构合理渗流参数的确定方法. 结果表明：减小初期支护渗透系数或增大初期支护厚度都可致渗水量减小且水头增大;水头差随初期支护渗透系数或厚度增大先增大后减小,当水头差处于峰值时,注浆圈能发挥较大的作用,初期支护外水头可以降至全水头的30%±6%.     

考虑注浆圈作用水下隧道渗流场解析解

总结水下隧道衬砌外水压力以及隧道涌水量的理论研究,采用镜像法构造一个虚拟源,与水下隧道形成"源-汇"系统.将半无限实际渗流场转化为2个无限虚拟渗流场的叠加,推导水下大埋深隧道孔隙水压力以及隧道涌水量的解析解.该解在保证精确性的同时,能考虑注浆圈以及衬砌的作用.在毛洞情况下,本文解退化到古德曼方程以及Harr解,验证了本文解的正确性.采用该解对隧道工程实例进行分析,和已有解进行比较,进一步验证本文解的合理性.发现当埋深增加或者注浆圈抗渗性变差时,已有解和本文解结果差距变大.指出增加注浆圈的抗渗性,可以有效地降低隧道涌水量及衬砌外水头,并发现隧道涌水量及衬砌外水头和隧道埋深近似呈线性增加关系.     

考虑渗透各向异性的水下非圆形隧道渗流场解析

矩形、直墙曲拱形、多圆心形等非圆形隧道在工程建设中越来越常见,自然界土体多为渗透各向异性介质也是一个基本事实,目前水下隧道渗流场研究尚未综合考虑上述两种情况。本文以2个相互垂直的渗透系数表示隧道洞周土的渗透各向异性,基于坐标变换和保角映射法,给出了在渗透各向异性半无限多孔介质水下非圆形隧道的渗流量及水头的解析式。以某水下隧道为依托,通过数值模拟验证了解析解的正确性。并且研究发现：不考虑洞周土渗透各向异性将会低估隧道渗流量和衬砌外水头,给隧道工程的设计带来安全隐患,在隧道工程建设中根据实际情况适当考虑洞周土渗透各向异性的影响有重要工程意义。本文提供的方法适用于考虑渗透各向异性下的任意形状隧道的渗流场研究。     

水电站工程岩体渗流场及防渗排水系统优化研究

根据某水电站工程坝址区岩体内断层、裂隙发育的实际情况,采用集主要导水断层为一体的超等效连续介质数学模型.以现场勘探资料和设计参数、钻孔试验资料等为基础,建立能够反映左、右岸主要地质构造、导水介质和主要建筑物的三维有限元整体计算模型,并对大坝蓄水后的三维渗流场进行数值模拟研究.通过修改三维有限元整体计算模型,比较了各种防渗排水方案的效果,并提出了优化方案.     

渗流损伤耦合作用下深埋圆形隧道的弹塑性解

为了研究深埋圆形隧道在考虑渗流损伤耦合作用下的弹塑性解,选择Drucker-Prager屈服准则,基于Biot有效应力原理推导具有衬砌支护的深埋圆形隧洞在施工阶段和运行阶段下的弹塑性解,得到塑性半径和衬砌围岩应力的公式,分析不同因素对塑性半径和衬砌围岩应力的影响。结果表明：在施工阶段,围岩损伤对塑性区的扩展起到促进作用,同时塑性半径与渗流力呈现正相关趋势,环向应力在衬砌与围岩交界处出现突变并最终趋于地应力;在运行阶段,塑性半径与损伤因子呈线性增加关系,与渗流力呈负相关趋势;随着内压力的进一步增加,对塑性半径的影响分为5个阶段,即低内压力阶段、中低内压力阶段、第一高内压力阶段、第二高内压力阶段、高内压力阶段等。研究结果可为深埋圆形隧道工程建设提供指导和帮助。     

连拱隧道围岩渗透系数对渗流场影响的数值模拟研究

以昱岭关隧道工程为依托,结合数值模拟方法,采用Midas-GTS软件,遵循D-P准则,对常水位作用下连拱隧道渗漏水特点以及围岩渗透系数大小对渗流场特征的影响进行了研究,并结合实际工程与数值模拟结果得出了一些有益的结论.     

考虑爆破效应的隧道开挖损伤区及渗流场分析

针对爆破效应对围岩力学参数及渗透系数的劣化问题,根据岩石弹塑性力学、连续损伤力学、有效应力原理及渗透系数演化方程,提出了基于Hoek-Brown准则的岩体弹塑性损伤模型,并给出了模型的有限元数值求解算法.以甄峰岭隧道为工程依托,对所选断面开挖损伤区进行数值分析,通过声波检测手段确定爆破扰动范围及损伤值,修正计算力学参数和渗透系数.结果表明,考虑爆破效应后的开挖损伤区,位移值和涌水量均大于不考虑爆破效应时的数值,进行工程稳定性评价时应充分考虑爆破因素的影响.     

深埋交叉隧道动态施工力学行为研究

分离式独立双洞之间的横通道开挖,再一次引起主隧道围岩和支护结构的应力释放与重分配,引起交叉段附近岩体与支护结构力学行为发生变化。结合高地应力区深埋隧道工程,通过3D弹塑性有限元数值仿真模拟,分析横通道不同施工方案和动态施工过程对主隧道围岩与初期支护结构力学行为的影响。分析结果显示,横通道的开挖对围岩应力和位移影响较大,对交叉侧主隧道侧壁初期支护应力及交叉对侧主隧道侧初期支护3σ和XY平面的剪应力影响较大。为深埋隧道交叉段监控量测系统的设计、施工方案优化及安全控制提供了依据。     

浅谈混凝土衬砌渠道的排水设施

介绍了混凝土衬砌渠道的排水情况等问题     

Analytical study on pretensioned bolt-cable combined support of large cross-section tunnel

To study the mechanical responses of large cross-section tunnel reinforced by pretensioned rock bolts and anchor cables, an analytical model is proposed. Considering the interaction between rock mass and bolt-cable support, the strain softening characteristic of rock mass, the elastic-plastic characteristic of bolt-cable support, and the delay effect of installation are considered in the model. To solve the different mechanical cases of tunneling reinforced by bolt-cable support, an analytical approach has been put forward to get the solutions of stress and displacement associated with tunneling. The proposed analytical model is verified by numerical simulation. Moreover, parametric analysis is performed to study the effects of pretension force, cross-section area, length, and supporting density of bolt-cable support on tunnel reinforcement, which can provide references for determining these parameters in tunnel design. Based on the analytical model, a new Ground Response Curve (GRC) considering the reinforcement of bolt-cable support is obtained, which shows the pretension forces and the timely installation are important in bolt-cable support. In addition, the proposed model is applied to the analysis of the Great Wall Station Tunnel, a high-speed railway tunnel with a super large cross-section, which shows that the analytical model of bolt-cable support was a useful tool for preliminary design of large cross-section tunnel.

     

预制混凝土U型槽在寒区渠道防渗中的应用

阐述了混凝土U型槽的防渗特点和在施工中应注意的问题。     

大断面深埋软岩隧道开挖方法适应性研究

为研究大断面隧道在深埋软岩条件下采用不同工法开挖的适应性,依托郑万高铁巴东隧道项目,运用Midas GTS NX分别模拟了三台阶法、台阶法+临时仰拱与CD法在深埋软岩中的开挖过程,并对3种开挖方法力学效应进行分析。结果表明3种工法在深埋软岩隧道施工中,围岩的最小主应力、最大位移和塑性区均出现在仰拱部位,而仰拱变形是反应开挖时围岩稳定性的重要因素。台阶法+临时仰拱对收敛位移控制较好,适用于水平应力对支护结构影响较强的地层,建议在洞口等浅埋段采用。CD法支护结构应力较大,不利于围岩稳定。三台阶法支护结构受力较小,并对仰拱变形中超前位移控制最佳,为现场施工提供了指导。     

裂隙岩体渗流场与应力场耦合数学模型的研究

首先研究裂隙岩体中应力场改变对地下水渗流场的影响作用机理,推导出渗透系数k和给水度μ受应力影响的表达式,进而分析渗流场的变化,地下水的作用引起应力场环境变迁,导致裂隙岩体的渗透变形,在此基础上建立了裂隙岩体中应力场与渗流场耦合作用研究工作程式和具"点荷载"特征的等效连续介质耦合数学模型,并应用于一隧道工程实例进行了计算.     

深埋长大隧道涌(突)水条件及影响因素分析

深埋长大隧道涌水的发生必须满足一定的条件，涌水量的大小及其时间和空间的变化特征受地形地貌条件，地层岩性、地质结构特征及水文地质条件的综合影响，尤其各种破碎带（特别是断裂破碎带）更是隧道涌（突）水（泥）最常见的出现部位，其涌水具有突然性和水量大的特征，整治难度大。     

深埋排蓄水隧道接缝密封垫防水性能试验研究

采用自主设计的新型弹性密封垫耐水压测试装置,研究弹性密封垫在不同张开量和错缝量组合情形下的防水能力;同时结合密封垫力学性能试验和数值模拟,解释错缝量和张开量对于防水能力的阶段性影响.结合深隧工程所设计的双道防水体系,对两道密封垫防水性能进行研究.研究结果表明：当道密封垫同步张开时,在设计工况范围内,耐水压能力可提高9%~12%;当两道密封垫张开量不同时,所设计的双道防水体系由于总有1条密封垫受压,较单道防水体系有更佳的防水效果.