地下水限量排放下裂隙岩体隧道渗流稳定性研究

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裂隙岩体中围岩和地下水处于一种相对平衡的状态,隧道开挖建设后,隧洞本身形成新的排水通道,地下水大量涌出,原有的渗流平衡状态被打破,从而形成了突涌水灾害。突涌水灾害对施工人员的安全和隧道周边生态环境的平衡都造成了严峻的威胁和挑战,因此,出于安全性、经济性以及环保性等多个方面的要求,我们需要建立起一套基于生态环境保护的隧道地下水排放标准,并在此基础上对裂隙岩体的渗流稳定性进行研究,以此来对隧道的突涌水灾害实现更好的预防和处治。本文在归纳和总结国内外学者研究成果的基础上,采用了理论推导、数值模拟,试验分析以及与工程实际相结合的方式,以富水山岭隧道为对象,对基于生态环境保护的地下水限量排放标准的制定、裂隙岩体的渗流特性、渗流场与应力场的耦合机制、裂隙岩体隧道渗流稳定性的影响因素、注浆模拟堵水限排等进行了深入具体的研究,主要工作和研究成果如下:(1)研究了国内外隧道工程地下水限量排放的技术应用,基于生态环境保护的要求,结合工程实际,通过理论计算,制定了不同季节、不同围岩渗透系数、不同水位高度及不同排水量下的隧道地下水限量排放标准。(2)通过裂隙岩体试块的渗透性试验,分析得出了裂隙岩体的渗透系数与围压、孔隙水压以及应变之间的变化规律;同时,通过对裂隙岩体试块进行渗透数值模拟研究,验证其试验结果的合理性与正确性。(3)研究裂隙岩体应力场与地下水渗流场之间的耦合作用,基于离散单元法,对比分析耦合计算和非耦合计算下隧道开挖后其围岩应力场和地下水渗流场的变化情况,结果证实耦合计算的情况更为合理,因此考虑耦合作用非常必要。(4)在考虑流固耦合作用的基础上,通过控制单一变量的方法,研究节理倾角、节理间距、节理法向刚度、竖向地应力和隧道水位高度等因素对裂隙岩体隧道渗流稳定性的影响规律,为不同工况下的裂隙岩体隧道开挖提供参考借鉴。(5)运用Bingham流体模型进行注浆模拟,以工程实例为背景,在限量排放的标准下,通过对不同注浆圈渗透系数和注浆圈厚度的工况进行模拟分析,确定考虑岩体渗流与围岩稳定性条件下的注浆参数最优值。
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