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原文传递隧道涌水解析计算主要变量的试验研究

论文题名：	隧道涌水解析计算主要变量的试验研究
关键词：	隧道涌水;涌水量计算;解析法;水位降深
摘要：	目前涌水量的预测方法较多，根据铁路经验手册等规范可知，解析法是实际工程中最常使用方法之一，它主要包括基于裘布依稳定流理论及泰斯非稳定流理论所推导的半经验、半理论公式。水位降深S、影响半径R等主要变量之间关系满足达西定律，它们共同组成了解析计算的主要变量组，其取值或计算的准确性可影响解析法预测隧道涌水量的准确性。例如在穿越中-低渗透系数介质的隧道采用解析法预测涌水量时，一般会将水位降深直接等同于静止水位到隧道底板的距离，而实际中隧道造成的水位降深并未到达隧道底板，致使涌水量的预测值比实测值大。因此，利用物理模拟试验和数值模拟相结合的方法对隧道涌水解析计算中隧道造成的水位降深这一主要变量进行研究分析，对于准确预测隧道涌水量有重要意义。　　在总结国内外相关研究成果的基础上，采用自主研发的“渗流槽隧道施工排水物理模拟试验装置”来模拟隧道涌水过程。选取石英砂石制作所需的两种结构含水层，分别为9种工况的单层有界含水层和2种工况的双层有界含水层。并基于物理模型的2种双层有界含水层渗透系数、含水层厚度情况，结合ModFlow软件建立理想数值模型模拟得到4种数值模拟的双层有界含水层工况的稳定涌水量。探究15种工况条件下隧道开挖后渗流场的时空变化特征及隧道的稳定涌水量、隧道造成的水位降深与渗透系数、含水层厚度之间的关系，分析试验数据并采用永寿梁隧道进行涌水量预测，得出了以下几点结论: 　　(1)物理模拟试验的各工况条件下隧道开挖后的涌水量是随时间逐渐减小的，且含水层厚度越小、渗透系数越大越容易得到稳定的涌水量。　　(2)分析物理模拟试验可发现，所有工况中相同渗透系数条件下，隧道造成的水位降深S随含水层厚度的减小，降幅明显变小;相同的含水层厚度，隧道造成的水位降深S随着渗透系数的增大而增大。但11种工况隧道造成的水位降深漏斗均未到达隧道底板。　　(3)在只考虑渗透系数的影响下，对单层有界含水层9种工况隧道造成的水位降深值与静止水位到隧道底板的距离进行无量纲处理，β表示处理结果。对β随渗透系数K变化关系曲线进行拟合，得到β-K的关系式:β=e-0.72K。　　(4)对双层结构的含水层厚度进行一定的等效处理，将等效的含水层厚度带入β-K的关系式中，发现此公式计算的隧道造成的水位降深值较接近试验中实测水位降深值。　　(5)针对试验中单层有界含水层的3种渗透系数条件下的隧道涌水量选取解析法中较符合本次试验条件的裘布依理论公式、铁路勘察规范正常涌水量经验公式进行预测。对同一渗透系数条件下3种工况的稳定涌水量取平均值(Q)，水位降深分别取物理模拟试验中隧道造成的水位降深平均值(S)和在本次试验中获取的β-K关系式而求取的S'=H(1-β）带入公式中进行计算得:①运用裘布依理论公式对两种不同隧道造成的水位降深情况下计算的稳定涌水量值都较试验测量值整体偏小，而且误差随着渗透系数的增加而不断减小。②运用铁路勘察规范正常涌水量经验公式的计算结果可发现，隧道造成的水位降深值取(S)=H时其计算所得的计算结果最为接近实测稳定涌水量值，且其渗透系数越大其误差越小。　　(6)以永寿梁隧道为例采用解析法结合β-K公式，对涌水量进行预测，发现该公式较适用于此处涌水量的预测，且采用裘布依和铁路经验公式预测的涌水量值较为符合实际涌水量值。
作者：	李明月
专业：	地下水科学与工程
导师：	许模
授予学位：	硕士
授予学位单位：	成都理工大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文