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原文传递锦屏二级深埋隧道大理岩段突水破坏机理研究

论文题名：	锦屏二级深埋隧道大理岩段突水破坏机理研究
关键词：	深埋隧道;大理岩段;突水灾害;高压试验;力学分析模型
摘要：	锦屏二级深埋隧道位于四川省凉山彝族自治州木里、盐源、冕宁三县交界处的雅砻江锦屏大河湾处，其深埋引水隧道平均长度16.67km，横穿锦屏山河间地带，具有“埋深大、洞线长、洞径大”的特点。工程区域内可溶岩分布广，岩溶发育，岩溶储水丰富，导致工程开挖后诱发产生大量突水灾害，对人员和财产安全造成巨大威胁。　　本文通过对锦屏二级深埋隧道工程地质条件、水文地质条件及深埋隧道突水灾害特征进行分析，建立了锦屏二级深埋隧道大理岩突水破坏机制概念模型。根据概念模型理论，利用成都理工大学自行研制的大型岩石高压渗透试验仪进行了一系列的岩石高压破坏及高压渗透试验，并通过理论推导得到大理岩突水破坏的力学分析模型。最后结合力学分析模型和数值模拟深入研究了锦屏二级深埋隧道突水破坏机理。　　论文主要研究成果如下: 　　1.锦屏二级深埋隧道突水破坏受多种因素影响。其中，隧道开挖人工扰动是主要诱因，高地应力高水压条件是突水破坏发生的必要条件，岩石的自身渗透特性改变是突水破坏发生的内因。通过对岩石突水破坏概念模型的分析得出，高地应力、高水压力和大理岩渗透特性是研究区内突水破坏的三个主要影响因素。　　2.试验结果表明:围岩压力越高，渗透压越高，岩石越容易发生突水破坏。渗透压升高不仅会提升裂隙、孔隙内水压力，还会降低岩石的峰值强度，促进岩体破坏。高压水在岩石变形破坏的不同阶段具有不同的作用，在岩石进入裂纹稳定扩展后，高压水对岩石有一定的保护作用，引导岩石通过形变抵抗岩石应力增加，但仅能延长岩石破坏的时间，对提高岩石的峰值强度影响不大。且随着水压值升高岩石的破坏模式逐渐由剪切破坏为主导转化为由压致拉裂破坏为主导。当岩石内部裂隙扩展贯通后，高压水加速岩石破坏，降低岩石的残余强度值。这在一定程度上解释了岩体突水破坏的滞后性和突发性。　　3.通过建立大理岩突水破坏单元体新生裂隙力学分析模型，结合岩样单元体在试验中中的受力条件，并将高压水引入受力分析。通过三种不同的岩石裂纹扩展准则判定，证明裂隙内部有高压水填充时，裂隙的应力状态更加稳定。　　4.使用有限元模拟方法对锦屏二级深埋隧道工程区内的地应力条件及开挖过程中隧道应力演化过程进行分析得到:隧道范围内白山组区域的应力条件高于岩塘组和杂谷脑组，初始状态下白山组最大第一、第三主应力分别为65MPa和13MPa;开挖过程中除T3区域的第一主应力值明显下降外，其余区域应力随开挖深度增大而升高。　　5.结合试验、力学分析模型及数值模拟三方面的研究，大理岩突水破坏机理可以概括为:隧道开挖后，大理岩在高地应力高水压条件下发生应力场、渗流场重分布，围岩应力集中加剧，渗流通道内水压力升高。随着压力值的升高，岩体进入塑性变形阶段，由于高压水的作用，岩体产生大量微裂隙抵抗形变，延长岩体破坏的时间，同时岩体结构趋于碎裂化。最终岩体完全破坏，破碎的岩体随高压水一同冲出形成突水。
作者：	孙赤
专业：	地质工程
导师：	林锋
授予学位：	硕士
授予学位单位：	成都理工大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文