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景婺黄高速公路隧道裂隙岩体渗流与应力耦合特性分析

作　者: 周益军
导　师: 高燕希
学　校: 长沙理工大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 隧道裂隙岩体渗透张量渗流场应力场渗漏水 Midas/GTS
分类号: U452.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 263次
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内容摘要

隧道裂隙岩体渗流与应力耦合数值分析是现在岩土界研究的热点问题。随着新建隧道的开挖,它的地下渗流场、应力场的变化是一个相当复杂的过程,真实的模拟此过程对工程实践的意义是非常重大的,这为隧道开挖的稳定性分析尤其是隧道防排水技术研究提供了理论依据。本文结合江西省交通科技项目“隧道渗水病害的现场观测与防治技术研究”课题,以景婺黄(常)高速公路新建隧道为主要工程背景,在对新建隧道工程地质情况进行总结的基础上,通过对隧道围岩结构面的调查,采用DIPS软件分析了裂隙分布规律及围岩优势结构面,并计算出隧道围岩的三维渗透张量。作者分析了应用Midas/GTS软件分析地下渗流的基本理论基础,然后应用此软件对隧道开挖进行了数值分析,选取新建隧道YK12+450断面,根据现场测试参数建立模型,进行在渗流场作用下的隧道开挖分析,通过分析比较开挖前后地下渗流场和应力场的变化得出一些有益于工程实践的结论。文章对隧道施工期间不同的时期阶段的隧道渗水进行调查,并从施工与理论的角度上,分析了隧道渗漏水的原因。调查结果表明隧道渗水的主要部位集中在隧道边墙和拱脚处,这与围岩结构面统计结果、Midas/GTS软件模拟结果是一致的。最后本文对景婺黄(常)高速公路新建隧道渗漏水特征做出了一些反思,得出隧道防排水设计要重点做好关键部位的防治。本文体现了Midas/GTS软件对地下隧道工程应力场、渗流场模拟分析的应用性。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-21
  1.1 论文研究背景  10-11
  1.2 国内外研究概况  11-19
    1.2.1 岩体力学分析中考虑结构面的数值方法  11
    1.2.2 裂隙岩体渗流研究的现状  11-12
    1.2.3 渗流数值模拟的研究现状  12-14
    1.2.4 耦合分析方法研究  14-19
  1.3 论文研究目的和意义  19-20
  1.4 本文主要研究内容  20-21
    1.4.1 主要研究内容  20
    1.4.2 研究方法  20-21
第二章裂隙岩体渗流的基本理论  21-28
  2.1 裂隙岩体的结构面  21
  2.2 岩体的结构类型  21-22
  2.3 工程岩体渗透特性分类  22-24
    2.3.1 渗透系数  22-23
    2.3.2 空隙率  23
    2.3.3 裂隙分维数  23
    2.3.4 裂隙连通率  23
    2.3.5 应力状态  23-24
  2.4 水压力的作用对岩体稳定性的影响  24-26
    2.4.1 孔隙水的静水压力作用  24-25
    2.4.2 裂隙水的动水压力作用  25-26
  2.5 孔隙度变化与体积变形关系  26-27
    2.5.1 静态关系  26
    2.5.2 动态关系  26-27
  2.6 本章小结  27-28
第三章隧道围岩结构面调查与渗透特性  28-49
  3.1 新建隧道工程地质概况  28-30
    3.1.1 工程概况  28
    3.1.2 隧道工程地质条件  28-30
  3.2 裂隙面的产状和规模  30-31
  3.3 隧道结构面调查分析  31-39
    3.3.1 结构面的分级  31-32
    3.3.2 调查方法与区域  32
    3.3.3 结构面产状调查统计分析结果  32-35
    3.3.4 结构面间距调查统计分析结果  35-36
    3.3.5 隧道围岩结构面分段统计分析  36-39
  3.4 渗透张量的基本理论及计算方法  39-43
    3.4.1 裂隙介质的渗透空间结构  39
    3.4.2 三次方定律  39-40
    3.4.3 裂隙介质的渗透张量  40-42
    3.4.4 渗透张量计算结果  42-43
  3.5 岩体渗透特性与应力的关系  43-47
    3.5.1 概述  43
    3.5.2 裂隙岩体渗透特征与埋深的关系  43-47
  3.6 本章小结  47-49
第四章应用MIDAS/GTS 软件进行隧道渗流、应力分析  49-70
  4.1 渗流分析  49-53
    4.1.1 稳定流分析  49
    4.1.2 非稳定流分析  49
    4.1.3 流动法则  49-50
    4.1.4 基本方程式  50-51
    4.1.5 有限元方程  51-52
    4.1.6 时间积分  52-53
  4.2 渗流-应力耦合分析  53-54
    4.2.1 有效应力  53-54
    4.2.2 耦合分析的基本方程  54
  4.3 隧道渗流模型分析  54-69
    4.3.1 计算模型的建立  54-56
    4.3.2 模型参数及边界条件  56-57
    4.3.3 计算结果及分析  57-69
  4.4 小结  69-70
第五章对新建隧道渗漏水特征的反思  70-76
  5.1 隧道渗漏水现场调查情况  70-73
    5.1.1 隧道渗水特征  70-71
    5.1.2 隧道渗漏水调查结果  71-73
  5.2 隧道渗漏水原因  73-74
    5.2.1 从施工工艺方面分析渗漏水原因  73-74
    5.2.2 从理论方面分析渗漏水原因  74
  5.3 对隧道渗漏水特征的反思  74-75
  5.4 本章小结  75-76
第六章结论与展望  76-78
  6.1 结论  76
  6.2 展望  76-78
参考文献  78-82
致谢  82-83
附录(攻读学位期间发表论文目录)  83

景婺黄高速公路隧道裂隙岩体渗流与应力耦合特性分析

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