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原文传递隧道前方充水溶洞对围岩稳定性影响与防突安全厚度研究

论文题名：	隧道前方充水溶洞对围岩稳定性影响与防突安全厚度研究
关键词：	岩溶隧道;充水溶洞;围岩稳定性;突水灾害;安全厚度
摘要：	本文以隧道前方充水溶洞为研究对象，统计研究了溶洞的发育特征及空间分布规律并对溶洞进行了类型划分;以数值模拟为主要研究手段，选取三种主要影响因素对隧道前方溶洞的围岩稳定性影响展开了研究，结合各影响因素数值模拟下的最小安全厚度数据，回归分析了不同因素主导下的最小安全厚度数学预测模型，以及多因素综合作用下的最小安全厚度多元回归方程以歇马隧道为工程依托，通过模型试验对试验段工况进行模拟分析并辅以数值模拟验证，获得了围岩应力、位移及渗压信息演化规律，将溶洞突水致灾发育过程界定为三阶段，最终给出了该工程隧道前方溶洞防突应留设的安全厚度，主要成果如下: 　　(1)从地层岩性、地质构造、地下水动力特征、气候地貌等4方面分析了溶洞的发育条件，概括了溶洞的发育阶段与空间分布规律，可从溶洞赋存角度避免隧道选线中遭遇溶洞灾害，减小隧道施工难度;对近年来几十条隧道溶洞突涌水典型案例进行统计分析，为溶洞突水灾害研究提供案例参考;从溶洞形态、揭露情况、充填性等方面对溶洞类型进行了分类，制定不同类型溶洞灾害防治措施。　　(2)建立了隧道前方充水溶洞数值模型，分4水平3因素共10种工况进行计算，分别查看最大、最小主应力、轴向位移云图，提取溶洞附近围岩拱圈应力、拱圈位移、轴向位移、竖向位移数据，得到了隧道施工过程围岩位移、应力变化曲线，分析了溶洞水压、溶洞大小、隧道埋深等因素对围岩的稳定性影响规律，对前方含充水溶洞隧道施工的预警与防治有一定指导意义; 　　(3)探究了防突岩柱破坏模式与岩柱失稳分析方法，结合数值模拟提出了溶洞突水的新判据:塑性区贯通——孔隙水压力速率低值点——最大（小）主应力卸荷点，并给出了不同因素水平下岩体最小安全厚度范围，结合各因素主导下的围岩最小安全厚度，开展一元与多元回归分析，给出了单一因素主导下的最小安全厚度数学预测模型以及多因素综合作用下的最小安全厚度多元回归方程，为类似工程最小安全厚度计算提供理论借鉴。　　(4)依托歇马隧道为工程实例，研制了大埋深-高水压隧道突水模型试验系统，开展隧道前方充水溶洞突水灾变演化模型试验，设置关键监测断面监测模型开挖过程中的多元物理信息，分别对围岩应力、位移及渗压信息演化规律进行了研究，同时结合试验段的工程地质信息辅以数值模拟验证;数值模拟中的多场信息变化规律与模型试验结果基本一致，由此界定了该工况下溶洞突水致灾的导水裂隙萌生、裂隙扩展及裂隙贯通的3个阶段，给出了该工程隧洞前方溶洞围岩留设的防突厚度，可对类似的隧道工程掌子面前方溶洞的围岩防突厚度留设提供理论借鉴。
作者：	王浩
专业：	建筑与土木工程（岩土）
导师：	杨为民
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文