【博士】抗水壓隧道洞四因素體系平衡機理研究【2009】

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內(nèi)容簡介

　　學(xué)科專業(yè)：地質(zhì)工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：同濟大學(xué)土木工程學(xué)院　　學(xué)位年度： 2009年　　在高水位地區(qū)修建隧道，高壓地下水．圍巖．注漿圈一襯砌共同構(gòu)成了一個水壓平衡體系，它們之間的相互作用決定了圍巖穩(wěn)定、注漿圈止水效果以及襯砌結(jié)構(gòu)的安全。本文通過室內(nèi)試驗、模型試驗、理論推導(dǎo)及數(shù)值模擬探討了高壓地下水．圍巖．注漿圈．襯砌支護結(jié)構(gòu)水壓平衡體系工作機理，分析了平衡體系對外界的耦合響應(yīng)過程及各因素的敏感性，研究內(nèi)容與取得的成果如下：　　定義“以抵抗水壓力為主，在設(shè)計中采用注漿圈．圍巖．襯砌共同作用的結(jié)構(gòu)形式，需要特殊考慮防排水的隧道(洞)”為“抗水壓隧道”，提出了“抗水壓隧道四因素體系”的概念，并根據(jù)施工階段將抗水壓隧道水壓平衡體系分為二因素體系(地下水一圍巖)、三因素體系(地下水．圍巖．注漿圈)、四因素體系(地下水一圍巖一注漿圈．襯砌)，從本質(zhì)上揭示了隧道從施工到運營相對穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。　　利用錦屏二級水電站天然大理巖模擬隧道圍巖，對破裂后的大理巖進行注漿膠合模擬注漿圈，進行了四因素體系作用、復(fù)雜應(yīng)力路徑下的巖樣三軸滲透試驗(控制軸向應(yīng)變，圍壓先升后降)，探討了應(yīng)力．應(yīng)變?nèi)^程中圍巖與注漿圈滲透率變化機理，分析了圍壓、孔隙水壓、滲透壓對滲透率的影響規(guī)律以及滲透率峰值規(guī)律。　　設(shè)計了能夠模擬抗水壓隧道軸對稱徑向流滲流場的試驗裝置，并根據(jù)相似理論與正交試驗方法，配制了圍巖與注漿圈相似材料，以錦屏二級水電站引水洞工程為原型，進行了模擬四因素體系作用下抗水壓隧道滲流場的模型試驗，探討了滲流場水壓力分布規(guī)律，注漿圈、隧洞內(nèi)水壓力、排水量對滲流場水壓力的影響規(guī)律及注漿圈對水壓力的折減規(guī)律；根據(jù)試驗結(jié)果提出了引水洞注漿圈厚度建議值為16m?！　鷰r與襯砌視為各向同性連續(xù)彈塑性介質(zhì)，基于彈塑性力學(xué)、地下水動力學(xué)理論以及莫爾．庫侖屈服準(zhǔn)則，推導(dǎo)了四因素體系共同作用下抗水壓隧道位移與應(yīng)力的彈性解、彈塑性解以及塑性區(qū)半徑的計算公式，探討了不同滲流場條件下隧道應(yīng)力分布規(guī)律，滲流場、注漿圈、襯砌對應(yīng)力及塑性區(qū)的影響規(guī)律，并與數(shù)值方法、傳統(tǒng)解析方法的計算結(jié)果進行了對比；利用研究成果對錦屏二級水電站單個引水洞的注漿參數(shù)進行了優(yōu)化：引水洞的合理注漿圈厚度為1倍洞徑即12m，注漿圈滲透系數(shù)建議控制在lxlO’5cm／s以下；在運行期間，若不計襯砌結(jié)構(gòu)支護力，當(dāng)內(nèi)水壓力為零時，距離洞壁約2．2m范圍內(nèi)將產(chǎn)生屈服區(qū)。　　

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