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海底隧道渗流场分布规律及涌水量预测方法研究
| 论文题名： | 海底隧道渗流场分布规律及涌水量预测方法研究 |
| 关键词： | 海底隧道;裂隙渗流;等效连续介质;渗流场;涌水量预测;数值模拟 |
| 摘要： | 随着我国经济和技术的飞速发展，跨海峡交通越来越彰显出其重要性。海底隧道以其不受天气气候影响和稳定的交通量等优势，成为未来跨海峡交通运输的重要发展方向。 但是海底隧道相对于山岭隧道具有更多的不可知性，海底隧道存在地质勘察难度大、准确度低、成本高等难点，在建设过程中，上覆岩层有无限的水源对隧道进行补给，使隧道具有更大的安全隐患，一旦发生突水事故，将会对隧道产生毁灭性的破坏。同时海底隧道涌水量预测是防排水设计的重要依据。在海底隧道的防排水设计中，隧道的涌水量预测起到至关重要的作用。准确的涌水量预测可以提供正确的设计参数，提高防排水效果，延长隧道使用寿命。因此，本文从解析方法、模型试验方法和数值方法三个方面对海底隧道渗流场分布及涌水量预测进行了探讨，主要研究内容如下： (1)分析了裂隙岩体中裂隙的分布函数，利用Monte-Carlo原理模拟生成了二维裂隙网络，然后根据渗透张量及方向性渗透椭圆的概念，分析了多组平行裂隙及交叉裂隙的渗透张量等效方法，为裂隙岩体等效为等效连续介质，从而计算岩体的渗流奠定了基础。 (2)根据海底隧道渗流的特点，在他人研究的基础上，将海底隧道进行了椭圆形简化，利用复变函数推导出了海底隧道涌水量与隧道高跨比的关系公式，对海底隧道涌水量与隧道高跨比、隧道埋深、海水高度以及围岩渗透系数的关系进行了分析，提出了圆形隧道与椭圆形隧道计算涌水量的修正系数。 (3)以青岛胶州湾海底隧道为试验原型，制作了由高强PVC板和型钢组成的试验台架，设计了自动加水装置及涌水量测量装置，选取了合适的相似材料和光纤监测系统，在此基础上进行了海底隧道的流固耦合模型试验研究。对试验设置的关键点渗透压力和隧道涌水量数据进行了系统分析，并将试验结果与解析解进行了对比分析。 (4)利用FLAC3D有限差分计算软件，对模型试验的原型进行了模拟，并将计算结果与试验结果进行了对比分析。通过模拟分析不同注浆圈厚度、不同水深、不同岩石覆盖层厚度以及不同注浆圈渗透系数的情况，分析了各因素对渗流场分布及涌水量数值的影响。 |
| 作者： | 王育奎 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 李术才 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2011 |
| 正文语种： | 中文 |
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