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原文传递注碱对H2S隧道围岩稳定影响研究

论文题名：	注碱对H2S隧道围岩稳定影响研究
关键词：	隧道开挖;硫化氢溢出;注碱处理;围岩稳定性
摘要：	隧道开挖过程中硫化氢溢出对施工人员威胁极大，而采用注碱措施治理硫化氢又会对围岩稳定性产生影响，为了在保证硫化氢处理完全前提下隧道安全通过，本文依托黄家沟隧道首先对注碱过程中碱液对岩石的潜在影响进行理论分析，然后结合室内试验研究，主要为孔隙结构测试及单轴实验测试，结合孔隙结构信息及力学参数的变化，得出碳酸钠溶液影响下微观孔隙结构和宏观力学参数的联系，还做了单轴模拟实验，得出裂纹分布情况，最后将实验中相应处理条件参数变化带入数值模拟软件中对围岩稳定进行分析，主要是对洞周位移进行分析，主要研究内容和结论如下：　　（1）通过现有文献查阅，选取具有煤系地层特征的黄家沟隧道进行现场取样，加工成圆柱样品及颗粒样品。设计硫化氢气体还原装置对岩石样品进行预处理，处理完成后再用碳酸钠溶液进行处理，以此模拟注碱对岩石的影响。分析了注碱过程中岩石内部可能存在的物理、化学作用，为后续章节解释孔隙结构及力学变化作铺垫。　　（2）使用氮气吸附法测试碳酸钠溶液处理前后岩石孔隙结构信息的变化，主要调整碳酸钠溶液浓度及碳酸钠溶液作用时间两个变量，通过对测试结果进行分析，所有处理条件下岩石的孔隙体积及比表面积的都是增大趋势，这部分变化说明碱液不仅有效处理硫化氢气体，还降低了岩石吸附硫化氢气体的能力。通过对微孔、中孔、大孔分析，孔隙溶蚀作用使得孔径最大值增大，致使平均孔径增大，这是力学强度变低的原因。　　（3）使用万能试验机测试碳酸钠溶液处理前后岩石力学强度的变化，主要调整碳酸钠溶液浓度及碳酸钠溶液作用时间两个变量，通过对测试结果进行分析，知道孔隙中沉淀物稀松，而这些改变在力学试验中反映出来的主要现象就是，应力-应变曲线中的压密阶段变长，而弹性模量降低。且岩石的平均孔径增大，即孔径最大值增大，放大岩石缺陷，致使抗压强度降低，根据力学参数与平均孔径的拟合曲线，平均孔径与抗压强度、弹性模量的是呈线性相关的。综合孔隙特征及力学性质变化分析，在本实验设计的处理条件中，浓度选择区间为3.0%左右，作用时间选择区间为20.8h~26.13h。　　（4）使用颗粒流软件模拟了碳酸钠溶液对圆柱影响范围不同时力学参数变化及裂纹扩展规律，当只影响部分范围时，裂纹主要出现在角落，未受到影响及全部受到影响裂纹都是沿着圆柱心呈45°向下，岩石峰值强度及弹性模量随着影响范围加深减小。　　（5）使用flac3d软件模拟注碱对围岩稳定的影响，由于碱液的弱化作用，在注碱过后，围岩位移都有相应程度的增大，无煤层时，影响最大的是拱顶，有煤层存在时，影响最大的是与煤层相关处，在煤层与隧道轮廓相交的地方。知道在无煤层存在时，选定条件注碱和不利条件注碱时，使用三台阶法开挖能保证隧道围岩稳定，从而保证隧道安全通过。有煤层时存在时，最不利工况下注碱，三台阶法开挖时洞周位移值超过限定值，应使用双侧壁法开挖或使用其他加固措施。
作者：	王智
专业：	土木工程;桥梁与隧道工程
导师：	周元辅
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022