渗流影响下巴朗山隧道岩温数值模拟及防冻设防长度研究

摘要

巴朗山隧道是四川省省道S303线的重要组成部分，隧址区位于高寒高海拔地区。本文通过对巴朗山隧道地区结构面的实地测量以及气温、地温分布的现场观测，运用数值模拟、理论分析等相关计算手段，针对高海拔严寒地区隧道裂隙围岩条件，建立合理的数值模拟模型，对渗流场影响下的隧道围岩温度场的变化及分布规律进行研究，为巴朗山隧道的防冻层设计提供参考取值及理论依据。本文完成的研究内容有如下几个方面:
　　1.对巴朗山隧址地区的结构面进行现场量测，并由实测数据计算得出裂隙岩体的渗透参数，进而对巴朗山隧道进行渗流场的数值模拟，得出巴朗山隧道渗流场模拟结果。模拟结果为渗流场影响下的温度场数值模拟提供了水的渗流速度等参数，并预测出F1断层破碎带、夹金山向斜及美兴镇背斜为隧道涌水量较大区段，且在现场实际施工中得到了验证。
　　2.综合考虑通风及裂隙水渗流影响等因素对巴朗山隧道贯通前后的温度场进行了数值模拟，并利用隧道围岩温度场的模拟结果分别对隧道出口端及进口端防冻层设防长度提供参考值，建议巴朗山隧道出口端防冻层设防长度为550m，建议巴朗山隧道进口端防冻层设防长度为600m。
　　3.对巴朗山隧道施工阶段出口端围岩岩温及气温进行了实地测量，并应用实测岩温与相同工况下隧道围岩温度场数值模拟结果进行对比验证。结果表明本文应用的数值模拟方法合理可靠，能够满足工程应用。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题意义和研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 高寒区隧道渗流场特征研究现状

1．2．2 高寒区隧道温度场特征研究现状

1．3 研究内容和方法

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究方法

1．4 技术路线

第2章 工程概况

2．1 隧址区自然地理概况

2．2 隧址区地形地貌

2．2 隧址区地层岩性

2．3 隧址区地质构造

2．4 隧址区气象概况

2．5 隧址区水文概况

第3章 隧道渗流场模拟计算

3．1 隧址区岩体裂隙及水文地质调查

3．1．1 隧道围岩裂隙统计

3．1．2 隧址区水文地质调查

3．2 隧道渗流场模拟分析研究

3．2．1 隧道裂隙岩体渗透张量计算

3．2．2 渗流场模拟计算参数取值

3．2．3 模型边界确定

3．3 隧道渗流场模拟结果

3．4 小结

第4章 裂隙水渗流影响下隧道温度场数值模拟方法

4．1 裂隙岩体渗流场影响温度场模拟计算理论

4．2 渗流及热力学参数选取

4．2．1 热力学参数选取

4．2．2 空气与围岩的对流换热系数选取

4．2．3 隧道通风温度取值

4．2．4 渗流水温及其速度的取值

4．3 初始温度场的计算

4．3．1 模型大小

4．3．2 边界确定

4．3．3 初始温度场计算结果

4．4 隧道施工阶段现场气温及岩温实测分析

4．4．1 隧道气温实测分析

4．4．2 隧道岩温实测分析

4．5 隧道施工阶段岩温实测结果与数值模拟岩温对比分析

4．5．1 施工阶段隧道温度场数值模拟结果

4．5．2 施工阶段隧道实测岩温与数值模拟岩温结果对比分析

4．6 小结

第5章 巴朗山隧道温度场数值模拟结果及防冻设防长度取值

5．1 巴朗山隧道围岩温度场数值模拟计算工况

5．2 渗流场影响下的巴朗山隧道围岩温度场模拟结果

5．2．1 有无渗流场影响下的瞬态温度场模拟结果对比

5．2．2 有无渗流场影响下的初始温度场模拟结果对比

5．2．3 开挖后隧道处渗流场影响下的温度场最不利月份的选取

5．2．4 不同进深处渗流场影响下的温度场模拟结果

5．3 隧道防冻层设防长度取值参考

5．4 小结

结论与建议

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及科研成果