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岩溶区地下水位动态变化诱发地表塌陷的机理研究
| 论文题名： | 岩溶区地下水位动态变化诱发地表塌陷的机理研究 |
| 关键词： | 高铁隧道;岩溶地面塌陷;地下水位;土洞稳定性 |
| 摘要： | 近年来，随着岩溶山区隧道工程逐渐增多，大型的岩溶突水灾害导致地下水位迅速下降并进一步诱发地表岩溶地面塌陷的灾害现象时有发生，本文以沪昆高铁贵州段丫口寨隧道穿越区典型岩溶地面塌陷为研究对象，经过现场调查，采用物理模型试验和数值模拟相结合的研究手段，针对地下水位动态变化诱发岩溶地面塌陷的机理进行了研究。主要得出以下成果: (1)通过对研究区地质调查资料的分析，研究区地质结构以黏土覆盖层-可溶岩二元地质结构为主。进一步对研究区岩溶地面塌陷的物质特征、岩溶发育特征、地下水活动特征进行分析，得出其岩溶地面塌陷以潜蚀致塌为主，并伴随有真空吸蚀和工程振动致塌等多致塌因素的复合型岩溶地面塌陷模式。 (2)以研究区地质结构、水动力条件、岩溶发育情况为依据，设计了模拟岩溶地面塌陷的试验装置，在此基础上对隧道突水次生岩溶地面塌陷过程进行了物理模型试验模拟，对土洞的形成与拓展，形状与影响范围随水位下降的变化规律进行研究。土洞的拓展模式为拱脚侧向潜蚀——洞身洞底间产生空隙——洞身脱空——洞壁失稳塌落——土洞拓展——拱脚侧向潜蚀的循环潜蚀效应。 (3)结合物理模型试验结果，借助FLAC3D有限差分软件对地下水位动态变化时土体中孔隙水压力、剪应力和位移的变化规律进行分析研究，从而得出岩溶地面塌陷发生前土洞的发育规律。主要得出如下结论:地下水水位下降时，溶开口上方较大的孔隙水压力差和最大剪应力集中是使土体发生破坏产生土洞的主要因素;土洞的拓展发育是由于土洞拱脚受渗透压力和剪应力集中作用发生破坏，破坏继续向上发展使洞身洞顶处土体发生拉张破坏所致;地下水水位上升时渗流对土洞影响较小，但当水位上下波动时，土体在循环水压荷载作用下发生应变软化作用，使土洞失稳。 (4)设计了三因素（土体力学参数、土洞直径、渗透系数）正交试验，运用数值模拟软件确定各试验方案中土洞覆盖层的临界厚度，进而研究各影响因素对土洞稳定性的影响程度。结果表明，土洞直径对土洞稳定性有显著的影响，土体力学参数次之，渗透系数对土洞稳定性影响较小。 |
| 作者： | 邢宇健 |
| 专业： | 地质资源与地质工程 |
| 导师： | 白明洲 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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