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原文传递公路隧道裂隙水涌突机制及处治对策研究

论文题名：	公路隧道裂隙水涌突机制及处治对策研究
关键词：	公路隧道;裂隙岩体渗流;裂隙水涌突;力学模型;工程处治对策
摘要：	随着国民经济快速发展，作为重要的基础性产业，公路建设事业也得到了很大程度的发展。在山区高等级公路建设中，隧道工程采用的越来越多。这既保证了最佳道路线形，又可有效防止山区公路通过陡坡时引起的地质灾害，提高了公路的安全可靠性。山区的地质条件较特殊，复杂多样的工程地质问题成为制约山区公路建设的主要因素，频发的工程灾害是影响隧道工程正常施工、运营的主要问题。在隧道建设中，塌方、岩爆、大变形、涌突水等各种各样的难题接踵而至。而隧道涌突水，容易造成隧道施工中断、停止，甚至在隧道支护或者运营之后引起隧道的破坏，造成较大的经济损失。　　本文首先分析了裂隙岩体渗流特征，然后以狮子寨隧道等多条公路隧道为研究对象，在阐明这些隧道的工程地质条件和涌突水特征基础上，采用理论分析、力学解析计算等手段，对隧道裂隙水涌突规律及机制分析进行了较为系统的研究，最后针对典型的裂隙水涌突机制提出了相应的处治对策和措施。通过研究，本文主要取得了以下成果: 　　(1)通过理论分析，对裂隙岩体的结构特征、裂隙性进行深入研究，从而归纳总结裂隙岩体的渗流特征，为裂隙水涌突机制的研究提供理论基础。总结出裂隙岩体的渗流特征为:组成岩体中的裂隙是非均匀分布的，相邻裂纹的扩展和相互贯通是岩体的主要破坏方式;裂隙中的裂隙水的运动符合达西定律，裂隙水流一般为层流状态;裂隙水的流动符合裂隙网络模型，即岩石块体跟结构面相比，不透水，裂隙水仅在裂隙中流动。裂隙岩体破裂失稳过程中随着裂纹的萌生和扩展，逐渐的将和已经存在的原生结构面互相贯通，岩体最终发生破坏。　　(2)通过对我国西部地区几座隧道裂隙水涌突典型案例的分析，阐明了涌突水发生背景、过程和机理，得出了不同裂隙分布和组合状态下的隧道裂隙水涌突的4种主要类型:①揭露含水裂隙引发涌突水，②渗压致洞顶围岩破坏引发涌突水，③渗压致掌子面围岩破坏引发涌突水，④渗压致堵水岩块破坏引发涌突水。　　(3)较为深入的研究了4种隧道裂隙水涌突类型的力学机制。对揭露含水裂隙引起的涌突水，计算其涌水量及水压力;其他三类涌突水建立了它们简化的力学模型，将渗压致洞顶围岩破坏引发涌突水简化为悬臂梁，将渗压致掌子面围岩破坏引发涌突水简化为简支梁，将渗压致堵水岩块破坏引发涌突水简化为集中荷载、均布荷载作用在围岩上。通过推导和分析，得出了裂隙水涌突发生的判据、关键影响因素和水压力作用下隧道围岩的破坏准则，以及安全临空长度、掌子面安全厚度。　　(4)针对不同的裂隙水涌突机制，进行相应的处治对策研究。处治设计的主要依据为计算得出的水压力、安全临空长度和掌子面安全厚度。对于揭露裂隙引发的涌突水，主要采取注浆阻断水流路径的方式;对于隧道洞壁围岩破坏引起的涌突水，主要采取排水锚杆的方式，并结合超前注浆和径向注浆，排水的同时对围岩进行加固;对于掌子面围岩破坏，首先采取超前注浆的方式，并辅助以掌子面排水孔进行排水，以保证施工的正常进行。
作者：	刘鹏
专业：	地质工程
导师：	李天斌;孟陆波
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