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青坪隧道流固耦合分析及涌水量预测研究
| 论文题名： | 青坪隧道流固耦合分析及涌水量预测研究 |
| 关键词： | 隧道衬砌;流固耦合分析;涌水量预测;数值模拟 |
| 摘要： | 在新建公路、铁路工程中，经常修筑一些穿越高水位富水区地层的深埋隧道。隧道施工对地下水采取“以排为主”，设计时一般不考虑衬砌水压力。但长期大量排水会使原有的地下水平衡遭到破坏，诱发严重的环境问题。目前，修建此类隧道时，一般应根据隧道周围环境的要求，采取“以堵为主，限量排放”，这时隧道衬砌结构将受到较高的外水压力。 对于高水压隧道而言，隧道开挖会引起围岩应力场和渗流场的变化。一方面地下水渗流在岩体中引起的渗流体积力（动水压力）将改变岩体中原始存在的应力状态;另一方面，应力状态的改变，又将影响岩体结构的改变，进而改变岩体的渗透性能。此外，地下水的存在不仅会减弱岩体的物理力学性能，即降低岩体强度和弹性模量，而且静水压力和动水压力也会对岩体产生作用力，其中静水压力则降低岩土体有效应力，使得地层的承拱作用和稳定性变差，动水压力则产生渗透体积力。因此，隧道的高外水压力问题已成为目前隧道设计和施工中亟待解决的难题。本文以张花高速公路青坪隧道为例，运用地下水渗流场分析原理，开展流固耦合分析及涌水量预测研究。主要内容包括: (1)总结岩溶区隧道渗流基本模式，基于达西定律，为隧道流固耦合的分析提供理论基础。 (2)分析应力场和渗流场的相互作用机理，探讨隧道裂隙岩体中渗流场和应力场相互影响方式，研究在渗流场和应力场双场耦合作用下围岩应力场的分布规律。 (3)探讨作用于隧道衬砌、围岩和加固圈中的渗透水压力分布规律。以青坪隧道工程为实例，计算作用在衬砌上的外水压力，证实设置围岩加固圈是否可以减少作用在衬砌上的外水压力;在考虑水压力的基础上算出衬砌压力，并与不考虑水压力的情况下进行对比。另外，在进一步分析考虑流固耦合的基础上，揭示隧道衬砌压力的变化。 (4)运用数值模拟分析预测青坪隧道Ⅴ级、Ⅳ级围岩段的涌水量，并和用经验公式来计算出得隧道涌水量进行对比;分析涌水量和水位高度、渗透系数的关系;确定青坪隧道Ⅴ级、Ⅳ级围岩的最小注浆加固圈。 |
| 作者： | 高虎军 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 傅鹤林;和民锁 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中南大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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