富水全强风化花岗岩隧道突水突泥灾变机理与帷幕注浆控制技术研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ai2676886
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
在我国华南地区,花岗岩分布极为广泛,尤其在广东、福建、桂东南与赣南更为集中,这些地区气候炎热、降雨丰富、岩体风化作用强烈,常常形成很厚的全强风化层。风化作用使岩体结构、构造及完整性遭到破坏,致使全强风化花岗岩具有强度低、水稳性差、崩解性强等不良工程特性,由此诱发的隧道建设过程中突水突泥灾害问题日益突出,造成的经济损失与人员伤亡事故异常严重,给隧道安全施工造成巨大的挑战。  本文紧密围绕富水全强风化花岗岩隧道突水突泥灾变机理与帷幕注浆控制技术这一研究主题,以广西岑水高速均昌隧道为工程依托,综合采用室内模型试验、理论分析、数值方法等技术手段,揭示富水全强风化花岗岩突水突泥机理,研究全强风化花岗岩注浆加固特性,构建隧道突水突泥灾害控制技术,并应用至突水突泥灾害治理实践,取得主要结论与成果如下:  (1)采用自行设计的动水注浆大三轴试验装置,系统开展富水全强风化花岗岩突水突泥模型试验,试验结果表明:富水全强风化花岗岩突水突泥是岩土体颗粒不断迁移、介质孔隙率及渗透特性不断增强、水流流速快速发展的复杂渗流侵蚀耦合变质量过程。质量流失是突水突泥灾害演化的本质,水流流态转换(从线性演化转换为非线性)是灾变的关键特征。并通过试验研究粒径级配、水压、围压、初始孔隙率、防突厚度对突水突泥演化的影响规律,提出控制突水突泥灾害发生的临界条件。  (2)在室内模型试验基础上,通过理论分析,建立富水全强风化花岗岩渗流侵蚀耦合突水突泥演化理论模型。模型控制方程包括质量守恒方程、液体渗流方程、颗粒起动方程及孔隙率演化方程,可较好地描述全强风化花岗岩突水突泥演化过程中质量迁移特性、迁移条件、以及液体流态转换的非线性渗流特性。同时,通过二次开发将理论模型嵌入至多场耦合软件COMSOL系统进行求解,并与室内模型试验、现场工程案例进行对比,验证模型的有效性。  (3)通过开展不同注浆量下注浆加固体强度、渗透性及抗冲刷特性室内试验研究,对全强风化花岗岩注浆后物理力学特性进行评价,提出合适的注浆参数。试验结果表明:注浆加固体强度、渗透性随注浆量提高呈先快速增大后稳定变化规律,且浆液充填率达到48%时,粘聚力较未注浆提高3倍,达到200kPa以上,内摩擦角提高10倍,达到30°,渗透系数从10-5cm/s量级降至10-8cm/s量级,浆液充填率达到48%以上,即可显著改善注浆加固体堵水加固特性。  (4)结合室内注浆加固特性试验及突水突泥理论模型,开展隧道突水突泥灾害控制技术研究,包括全断面帷幕注浆技术及隧道开挖最小防突厚度取值。研究结果表明:帷幕注浆区渗透率降至围岩初始渗透率的1/10~1/20,且帷幕厚度达到5~6m,隧道涌水、涌砂、地层孔隙率发展将受到显著的抑制,堵水率、堵沙率均达到80%以上,能取得较好的突水突泥灾害防治效果。此外,隧道开挖防护中,防突厚度取4m以上,即可显著控制突水突泥灾害发生风险。  (5)综合注浆参数指标、帷幕注浆技术、最小防突厚度取值,形成富水全强风化花岗岩隧道突水突泥帷幕注浆控制技术体系,并成功应用至广西岑水高速均昌隧道突水突泥灾害防治实践。同时,根据现场工程地质条件及地层扰动程度,系统介绍和完善常规地质段及突水强扰动段灾害控制技术。
其他文献
该文根据隔震桥梁地震反应研究现状,从解决工程衫问题的角度出发,主要进行了以下工作:1、对双线性系统瞬时输入能量进行了研究,发现双线性系统在不同能量分布的地震波作用下瞬
学位
该文首先介绍了实腹式门式刚架整体稳定问题的研究现状.进行了小高跨比实腹门式刚架的弹塑性整体稳定性和弹性整体稳定性实验研究和理论分析.验证了有限元程序SFAUFEM的正确
该文依照土坡体的具体形成过程,考虑滑动面上土体在土坡形成过程中受力状态的变化,研究了滑动面上土体的受力特性以及滑动土体的运动规律.采用了剪应力-剪切位移软化模型,用
处置库的长期安全性是高放废物安全处置的关键问题。高放废物中核素的衰变将会产生大量的热,而且由于核素的半衰期极长,衰变热将长期存在于处置岩体中,尤其是处置库的近场范围。
传统拉力型锚杆在荷载由锚杆锚固段近端传递至底端时,会产生由于摩阻应力分布不均匀导致的锚筋与注浆体或注浆体与岩土体之间的粘结逐步弱化与脱开现象,另外拉力型锚杆还有锚杆
非线性动力学问题是各工程科学领域中的重要课题之一。目前,结构非线性动力系统高精度、高效率计算问题仍较难解决,非线性振动解析法仅适用求解某些特殊问题;对传统动力方程数值
采用物理模拟试验、数值模拟计算相结合的研究方法,对特厚冲积层中钢板混凝土钻井井壁的力学特性进行了初步研究.通过物理模拟试验研究,得到了双层钢板混凝土钻井井壁在各种
论文结合中国南水北调中线穿黄(河)隧洞工程,对砂土中盾构隧道的土压力问题开展了研究.
我国存在着数量众多的高瓦斯煤矿,研究高瓦斯煤层的气-固耦合规律对于煤矿瓦斯灾害防治和煤层气开发均有重要意义。自然界中煤具有显著的各向异性特征,然而目前针对煤与瓦斯气-