青坪隧道流固耦合分析及涌水量预测的研究

《青坪隧道流固耦合分析及涌水量预测的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：南磕日期：—坐年旦月卫日学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用

2、复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。：丝年旦月卫日摘要在新建公路、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

3、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

4、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、

5、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。关键词：渗透水压力；流固耦合；隧道数值模拟；涌水量。ABSTRACTInthenewhighwayandrailwayenineering，deepburiedtunnelsareoftenbuiltacrosstheareaofhighwaterlevel．Tunnelconstructioninrichgroundwaterarea,themeasureof”row-based，arege

6、nerallynotconsideredinthedesignoftheliningofwaterpressure．Butlong·termdrainagewillmakealotoftheoriginalbalanceofgroundwaterdestroyed，andseriousenvironmentalproblemsareoftentaken．Constructionofsuchtunnels，thegeneralrequirementsshouldbebasedonthesurroundingenvironmentofthetH

7、aneltotakeinordertoblockthemain．1imitedemissions”，i．e．emissioncontrols，anti—drainagedesignprinciples，thenthetunnelliningstructurewillbehigheroutsidethewaterpressure．Tunnelunderhighwaterpressure．thesurroundingrockmassstressfieldandseepagefieldchangesrepeatedlybecauseofthetu

8、nnelexcavation，ontheonehand，groundwaterseepageintherockmasscausedbytheseepagebodyforces(h