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本研究报告包括两篇内容:
第一篇隧道围岩施工变形控制监测与工程失稳险情预警研究第二篇地下水封油库围岩不良地质处理原则及渗流量计算第一篇为了对隧道特别是海底隧道施工期围岩稳定性的动态变化作出及时反应,以及对海底隧道高压突涌水失稳险情进行准确预警预报和决策,通过试验以及现场调查、测试与监测,采用有限差分方法、边界元方法、逆反分析法、正交优化试验法和数理统计方法,运用系统工程科学理论和非线性科学理论,研究了圆形隧道围岩初支护后变形随时间变化的粘弹性效应,开展了连续降雨或高水压作用下隧道施工期围岩的稳定性和突水失稳预测研究,进行了隧道围岩支护设计参数的弹塑性和线弹性反分析,提出海底隧道围岩高压突涌水失稳处理决策。
主要研究成果有:
(1)推导了圆形隧道围岩的等效弹性模量和等效侧压力系数的解析解。
(2)建立了浅埋风化岩质隧道围岩初支护后的粘弹性模型,发现浅埋风化岩质圆形隧道围岩初支护后在无降雨等外部因素作用下等效侧压力系数与等效弹性模量之比随时间呈Monomolecular增长模式并最终稳定于某一常数。
(3)创新性地提出了抛物线顶点数值反分析法。经工程实例验证,该方法不仅计算结果精度高、能更好满足工程要求,而且能得到可靠的围岩物理力学指标及初支护设计参数值。
(4)长时间连续降雨雨水下渗使风化岩质隧道围岩不断地软化,围岩刚度和侧压力系数将不断下降。在海域段或长时间连续降雨的陆域段,风化岩质隧道初喷混凝土必须考虑地下水对其初凝和初期强度的不利影响。
(5)建立了围岩与初支护结构体失稳的灰色尖点突变预测模型。可据此较准确地获得围岩.支护系统失稳的临界时间和系统失稳前后时间差,对围岩.支护系统失稳过程(包括临界状态)进行准确预警预报。
(6)研制了一个海底隧道高压突涌水失稳险情预警预报决策系统。经工程实例验证表明,该系统是安全和可靠的,也是实用和可行的,能保证海底隧道风化深槽围岩开挖的安全,可据此对海底隧道高压突涌水失稳险情进行准确预警预报,并能提供最佳预处理加固方案,可为海底隧道等水下隧道围岩失稳突水险情的预警预报及防治决策提供可资借鉴的方法和科学依据。
第二篇针对特大型地下战略水封岩洞储油库的工程特点,为提出经济合理的水封油库围岩不良地质处理原则及渗流量计算方法,结合工程实例,采用三维多孔连续介质流固耦合有限差分软件和因素敏感性层次分析方法,对储油洞库围岩的应力场与地下水渗流场的耦合相互作用进行系统分析与模拟,在考虑水的流动条件下,实现对流体应力场的耦合分析,提出了一种较适用于特大型地下水封储油岩洞库地下水渗流量计算与分析的数值模拟的合理方法:对储油洞室围岩裂隙及断层等不良地质区段影响地下水渗流的主要因素进行分析,确定不良地质条件对地下水渗流的主要影响因素,并据此提出适用于特大型地下战略水封油库洞室围岩不良地质的处理原则和策略。
关键诃:隧道工程,抛物线顶点反分析法,弹塑性有限差分法,灰色尖点突变预测模型,围岩变形控制,险情预警及决策,不良地质处理原则;渗漏量计算