【摘 要】
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富水破碎岩体大断面隧道施工中,需要利用超前探孔的涌水量监测数据来预测开挖面前方的水头高度,并分析渗流影响下的开挖面稳定性。本文以崇礼铁路正盘台隧道工程为背景,进行了相应的理论研究和数值模拟分析,主要研究成果如下:(1)基于伯努利方程,考虑围岩渗透性的影响,提出简化理论模型和计算公式,可以利用探孔涌水量监测数据来预测开挖面前方的水头高度。(2)针对高水头情况,采用轴对称假设,建立围岩的稳态流动数值模
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富水破碎岩体大断面隧道施工中,需要利用超前探孔的涌水量监测数据来预测开挖面前方的水头高度,并分析渗流影响下的开挖面稳定性。本文以崇礼铁路正盘台隧道工程为背景,进行了相应的理论研究和数值模拟分析,主要研究成果如下:(1)基于伯努利方程,考虑围岩渗透性的影响,提出简化理论模型和计算公式,可以利用探孔涌水量监测数据来预测开挖面前方的水头高度。(2)针对高水头情况,采用轴对称假设,建立围岩的稳态流动数值模型,计算分析围岩渗透系数和探孔长度对‘探孔涌水量-前方水头高度’关系的影响,进而根据数值模拟结果的特征进行线性拟合,得到以围岩渗透系数和探孔长度为参数的‘探孔涌水量-前方水头高度’拟合公式,并与简化理论计算公式进行对比校核。(3)针对高水头情况,建立围岩的轴对称瞬态流动数值模型,计算分析探孔涌水量达到稳态的时间,以及围岩渗透系数和探孔长度对该时间的影响。(4)针对破碎岩体隧道施工,考虑不同的开挖方法,利用数值计算结果拟合确定前方水头分布函数,建立有渗流影响的开挖面极限平衡模型,推导得到关于开挖面前方岩体破裂角的超越方程,并采用牛顿法迭代求解;进行有限元计算对比验证,并分析岩体粘聚力、岩体内摩擦角、隧道埋深、前方水头高度对开挖面前方岩体破裂角及必要稳定厚度的影响。
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