管道型岩溶隧道突水涌泥致灾机理及处治技术研究——以大寨隧道为例

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管道型岩溶因岩溶裂隙经过进一步溶蚀扩大,呈现汇流的管道特征,且岩溶管道在地下水循环系统中有导水路径的特征,发生突水涌泥时,灾害影响比较严重。本文以在建的贵州省毕节市至二龙关(省界)高速公路大寨隧道为工程依托,对管道型岩溶隧道突水涌泥致灾机理及处治技术进行研究。首先,通过建立修正后的围岩最小防突厚度和充填介质渗透、滑移失稳力学模型,并运用到大寨隧道的工程实践中进行分析预测;然后,运用FLAC3D有限差分软件建立三维模型,分析岩溶管道渗透突水机理的预测分析;最后,将预测分析结果应用到大寨隧道突水涌泥的处治措施中。  本研究主要内容包括:⑴通过发生突水涌泥的灾害特征和机理分析,建立相关力学模型,得出:隧洞发生突水涌泥时围岩最小防突厚度的界限条件;充填介质渗透、滑移失稳时充填体的稳定系数K,以此来判断该处是否发生突水涌泥情况。⑵分析渗流基本定律、应力场和渗流场的相互作用机理,利用FLAC3D的分析方法,建立三维数值模型,进行了四个方面的研究:分析流固耦合前后的围岩应力、孔隙水压力及竖向位移的变化,发现由于水压渗透影响,孔隙水压力和围岩有效应力有所降低,隧洞周边沉降增大;当围岩在不同侧压力系数的情况下,得出随着λ的不断增大,隧洞围岩的塑性区不断增大,最终导致突水涌泥;在不同溶腔水压力作用下,充填介质和隧洞之间的应力、位移和塑性区的变化,得到随着 P的增大,应力、位移和塑性区都在不断增大,最终导致隧洞突水涌泥现象;最后分析不同充填厚度对隧洞的影响,通过周围塑性区和内部位移变化,表明随着充填物的增加,隧洞发生突水涌泥的现象会愈来愈小。⑶通过对管道型岩溶隧道发生突水涌泥灾害的机理和模拟预测分析,提出大寨隧道发生突水涌泥灾害的处治技术。
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