断层破碎带隧道涌水特征试验研究

摘要

近年来，随着我国交通建设事业的快速发展和隧道建设技术的不断提高，隧道工程向大埋深、长洞线、地质复杂、灾害频发等特点发展。其中，穿越断层破碎带隧道的涌水灾害已成为隧道施工过程中的最主要地质灾害之一，其所造成的人员伤亡及经济损失也在各类隧道地质灾害中居于前列。因此，对穿越断层破碎带隧道的掌子面防突层安全厚度和隧道发生涌水时的涌水量、水压力的变化特征进行试验研究与分析具有重要意义。
　　本文依托岑（溪）水（汶）高速公路岑溪大隧道工程，以穿越断层破碎带的隧道为研究对象，采用模型试验和数值模拟相结合的方法，在自重应力场作用下，对无地表水补给无注浆、有地表水补给无注浆和有地表水补给预注浆的三种工况下，隧道开挖过程中的涌水特征进行研究。其主要研究内容及结论如下：
　　1.基于相似理论，对模型试验进行设计。以几何相似常数(Cl=80）、重度相似常数(C?=1）和渗透系数相似常数(Ck=1）为基础，推导模型试验中其余各物理力学参数的相似常数，并配制围岩及衬砌结构的相似材料。
　　2.在自重应力场作用下，对无地表水补给无注浆、有地表水补给无注浆和有地表水补给预注浆的三种工况下的隧道开挖进行模型试验，研究穿越断层破碎带隧道施工时的涌水特征，得出了三种工况下隧道涌水时的涌水量、水压力的变化规律及隧道发生涌水的掌子面防突层的安全厚度。
　　3.采用有限元分析软件Midas/GTS对室内模型试验中的三种工况进行数值模拟，并将数值分析结果与模型试验结果进行对比分析，得出穿越断层破碎带隧道的涌水特征，该结论将为类似隧道施工过程中的涌水防治与处治提供一定的参考依据。

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第一章 绪论

1.1 选题依据和研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 依托工程概况

1.4 主要研究内容

第二章 断层破碎带隧道涌水模型试验设计

2.1概述

2.2 相似关系

2.3 试验目的及内容

2.4 试验设备

2.5 相似材料

2.6 试验主要步骤

2.7 小结

第三章 断层破碎带隧道涌水模型试验结果分析

3.1 概述

3.2 无地表水补给无注浆隧道涌水试验

3.3 有地表水补给无注浆隧道涌水试验

3.4 有地表水补给预注浆隧道涌水试验

3.5 三种工况下隧道涌水量及水压力对比分析

3.6 掌子面防突层的安全厚度分析

3.7 小结

第四章 断层破碎带隧道涌水数值模拟分析

4.1 概述

4.2 Midas/GTS有限元软件的特点

4.3 数值计算模型的建立

4.4 数值模拟结果分析

4.5 模型试验结果与数值模拟结果对比分析

4.6 断层破碎带隧道涌水处治建议

4.7 小结

第五章 结论与建议

5.1 主要结论

5.2 进一步研究建议

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢