注浆加固对近水库隧道裂隙密集带区地下水渗流场的影响性分析

利用Visual-modflow三维可视化渗流软件建模分析了邻近水库裂隙密集带地层，隧道开挖至注浆前后全过程地下水渗流场分布规律。结合隧址区水库、裂隙密集带等水力联系的影响，研究了隧道施工未扰动下渗流场演变过程。结果表明，毛洞开挖后裂隙水垂直补给隧道，影响范围很大，水库方向的反向补给或贯通排泄并不明显；隧道初期支护有利于保持地下水流场稳定，由于密集裂隙带的存在，横断面渗流变化与毛洞状态初期较为接近；随着注浆加固止水效果的提升，地下水向隧道内汇集的趋势减弱且范围减小，当围岩渗透系数折减到90%时，与初始渗流场较为接近，表明良好的防水体系对维持地下水渗流场稳定发挥了较好的作用；密集裂隙带的存在仅对局部渗流场有影响，对隧道和水库之间的水力联系并无显著影响。     

富水深埋隧道围岩渗透扰动高度计算方法研究

针对深埋富水隧道排水过程对周边围岩渗流场扰动问题,首先,采用数值模拟方法,探明隧道排水条件下围岩渗流场分布规律,提出围岩渗流扰动高度概念;同时,采用控制变量法,明确不同因素(水头高度、围岩渗透系数、隧道排水率)条件下围岩渗流扰动高度变化规律;其次,采用数理拟合方法,给出围岩渗流扰动高度分段计算方法;最后,采用室内相似试验,对所提出计算方法的合理性进行验证。研究表明:1)隧道排水后会对围岩渗流场产生扰动,但渗流场扰动范围仅在隧道拱顶以上一定高度内存在,即围岩渗流扰动高度。2)围岩渗透系数、水头高度、隧道排水率均分别与围岩渗流扰动高度呈正相关关系,且3个因素的影响程度依次降低。3)当给定渗透系数与排水率时,围岩渗流扰动高度随水头高度变化规律呈明显2段式特征。当水头高度不大于临界水头高度时,围岩渗流扰动高度随水头高度的增大呈线性增大趋势;当水头高度大于临界水头高度时,围岩渗流扰动高度为定值,为临界围岩渗流扰动高度。4)给出围岩渗流扰动高度的数学计算表达式,并将采用所提计算方法的计算结果与室内试验结果进行对比,验证所提方法的正确性及合理性。     

流固耦合作用下浅埋近接双线盾构隧道开挖扰动分析

依托广佛环线沙堤盾构隧道工程,通过FLAC3D软件的流固耦合模块,分析了富水地层浅埋近接双线盾构隧道开挖的应力场、渗流场和位移场的扰动行为。研究结果表明:屈服接近度可以作为从应力状态角度分析隧道开挖扰动行为的定量指标;随着横向净距的增大,左、右线隧道开挖对地层渗流场的扰动趋向于单线隧道开挖对渗流场的扰动特征,隧道施工引起的地表沉降槽曲线逐渐由深“V型”趋向于“W型”分布;当横向净距大于1.5 D时,左、右线隧道开挖引起地层扰动的叠加效应较小。     

隧道断层突水突泥前兆信息演化规律数值模拟研究

为研究隧道穿越断层突水突泥灾害发生机制，在分析渗流诱发断层突水突泥机制的基础上，依托江西永莲隧道断层破碎带突水突泥灾害工程实例，采用数值模拟方法，建立可模拟隧道动态开挖穿越断层带过程的有限元计算模型，分析隧道开挖过程中渗流场、应力场、隧道涌水量、塑性区分布等灾害前兆信息的演化规律。研究结果表明，当掌子面接近断层时，应力场、位移场、渗流场、塑性区分布等前兆信息均发生了突变。主要表现在： 1）应力集中现象达到最大，增幅接近1倍，高应力集中极易导致隧道施工至断层附近区域围岩失稳； 2）隧道围岩位移包括拱顶沉降与拱底隆起急剧性、突变性增大； 3）渗流速度急剧增大，地下水更容易向洞内渗透，地下水对围岩的蚀溃破坏作用加大； 4）围岩塑性区范围覆盖了整个洞周范围并且屈服深度有所增加； 5）隧道开挖接近断层时极易造成突水突泥灾害，施工中应积极采取有效的防控措施。     

隧道衬砌外水压力确定的渗流场-应力场耦合模型研究

论述了国内外计算隧道衬砌外水压力的折减系数法和渗流场计算方法。分析了公路隧道围岩渗流场-应力场的耦合机理,并以此建立了计算外水压力的数学模型。同时提出了一种简化模型来表示两场的耦合本构关系,并给出了计算公路隧道衬砌外水压力的有限元方法步骤。     

限量排放下的隧道地下水渗流分析

以广东某在建高速公路隧道工程为例,通过地下水渗流计算分析,确定隧道富水段注浆后岩体渗透系数,最终实现地下水的限量排放。渗流计算采用连续介质模型,主要考虑泄水孔间距、隧道承压水头以及渗透系数的变化,分析孔隙水压力分布、地下水渗流路径,以及渗透系数与渗流量之间的关系,隧道富水段围岩注浆后,其渗透系数理论上不应超过2x10-5m／s控制指标的结论,可为隧道工程的安全施工提供较好的理论指导。     

隧道开挖时地下渗流场的模拟分析

结合新建隧道工程，用Madis／GTS软件对隧道开挖进行模拟分析，通过比较开挖前后地下渗流场和应力场的变化，分析了隧道开挖对渗流场和应力场的影响。     

公路隧道开挖渗流场的有限差分法分析

由于隧道的开挖,使地下水的排泄有了新的通道,破坏了原有的补给循环系统,也加剧了地下水对围岩岩体的作用效果。该文结合江西省景婺黄(常)高速公路新建隧道工程,根据隧道现场的工程地质条件与隧道的设计参数建立模型,利用有限差分软件FLAC3D流固耦合模块对隧道开挖进行研究,分析在饱水状况下隧道开挖过程中渗流场的分布、围岩稳定性以及围岩变形情况,模拟计算结果对于裂隙发育、富水地层隧道稳定性设计、防排水设计与施工具有一定的指导意义。     

富水软弱地层中浅埋暗挖隧道施工地表沉降分析——以杭州紫之隧道为例

为深入了解富水软弱地层中浅埋暗挖隧道施工引起的地表沉降特征,以杭州紫之隧道北口浅埋暗挖段工程为依托,采用现场监测数据分析与数值模拟计算相结合的方法,分析地下水渗流作用对地表沉降的影响。分析结果表明:1)在地下水渗流作用下,横向和纵向地表沉降槽宽度系数的拟合值均大于文献中对黏土的建议值;2)在隧道施工过程中,地层孔压下降范围逐渐扩大,地下水渗流是沉降槽宽度增加的主要原因;3)地表沉降主要发生在隧道外侧起拱线处、与水平方向成45°+φ/2的斜线之间区域(φ为隧道上覆土层平均内摩擦角)。     

施工及运营期矿山法隧道渗流模型试验系统的研制及应用

为探索隧道防排水体系与地下渗流场之间的关系,研制了施工及运营期矿山法隧道渗流模型试验系统,其整体尺寸为3 m(宽)×3 m(高)×2 m(厚),包括渗流模型箱、加固区模拟装置、排(涌)水量采集装置、移动式循环水箱装置和数据采集装置。该试验系统能够方便、准确地测试矿山法隧道施工及运营阶段的水压力、排(涌)水量和渗流场变化,并可根据试验需求对不同水头作用下的围岩、注浆圈、掌子面预注浆区域和初衬等进行配置和更换,最大限度地还原隧道及其周边渗流场状态。依托实际工程,采用该渗流模型试验系统和以控制渗透系数为基础的围岩-支护体系相似材料开展了不同注浆圈渗透系数下的渗流模型试验研究。结果表明:随着注浆圈渗透系数减小,渗流速度减慢,渗流时间大幅增加;运营期隧道二衬和注浆圈背后的特征点水压分布规律相似,注浆圈渗透系数越小其分担水压的效果越明显;对于非扰动开挖状态下隧道拱顶的特征点,开挖区靠近掌子面时其水压力值呈快速减小的趋势,但仍有动水压的作用,注浆圈渗透系数的改变对掌子面前方围岩中的渗流影响有限;对于非扰动开挖状态下隧道拱底的特征点,不同注浆圈渗透系数下,开挖区各测点的离散性较大,随注浆圈渗透系数增大,初衬背后的水压力值逐渐增加,而注浆圈背后的水压力值呈下降的趋势。     

基于流-固耦合效应软弱围岩隧道CRD法开挖变形分析

以广东某高速公路弱质围岩隧道为工程背景,基于流-固耦合分析相关理论,对弱质围岩隧道CRD法开挖进行稳定性分析。运用FLAC3D软件分别在考虑渗流效应和不考虑渗流效应时,进行三维数值模拟,得到了相应的孔隙水压力和位移场变化特征,研究了渗流效应对隧道CRD法开挖过程中位移场的影响和在渗流效应下CRD法开挖隧道的变形控制。     

道路荷载及地下水渗流对盾构隧道围岩稳定性影响

以郑州航空港线地铁为工程实例,基于FLAC3D的有限差分的数值模拟方法,模拟分析了道路荷载下盾构隧道施工过程中围岩稳定情况,并分别采用不考虑地下水和考虑地下水渗流分析时,围岩稳定性的异同,分别从洞室水平竖向变形以及地面沉降等方面对比了围岩的稳定情况,重点分析了盾构隧道施工过程中围岩变形及对既有高速公路的影响和地下水对盾构隧道施工过程中围岩稳定性的影响,为盾构隧道的施工提出了建议。     

寒区隧道含相变围岩传热渗流耦合数值分析

为研究寒区隧道围岩在冻融循环过程中的水-冰相变现象和渗流速率对围岩温度场分布的影响,基于COMSOL Multiphysics 多物理场分析软件,建立含相变的围岩温度场与渗流场耦合模型,通过改变模型中的渗流速率、已冻区和正冻区的边界温度Tm,对寒区隧道的围岩温度场进行数值分析。数值分析结果表明： 边界温度Tm影响正冻区的范围和不同深度处围岩水-冰相变发生的时刻,但不同的边界温度Tm对围岩温度场的影响较小; 当渗流速率高于1×10-6 m/s时,渗流速率的改变对围岩温度场具有明显影响,但当渗流速率低于1×10-6 m/s时,渗流速率的改变对围岩温度场无明显影响。因此,在地下水渗流速率较高的地区,应同时考虑水-冰相变现场和渗流速率对寒区隧道围岩温度场的影响。     

隧道排水诱发地下水位下降对地表植被影响的TSPAC分析方法

山岭隧道建设可能会改变周边地下水渗流场，严重时会疏干地下水，威胁地表植被生存。针对现有研究难以定量分析隧道排水对地表植被影响的问题，提出以土壤水基质势作为植被生存状态指标，建立隧道-土壤-植被-大气连续体（tunnel-soil-plant-atmosphere continuum, TSPAC）分析模型。通过Richards方程描述植被根系区的土壤水分运移，将大气、地下水渗流模型作为上下边界输入方程，计算植被根系区基质势分布，据此衡量植被凋萎过程并判断其生存状态。将该分析方法应用于大别山区明堂山隧道工程，分析隧道建设对地表植被的影响，结果表明： 1）植被根系区土壤水基质势对地下水位和大气变化的响应存在滞后性和非均匀性，植被凋萎是渐进、动态的过程； 2）大气条件在该区域对植被生存起控制性作用； 3）隧道建设引起的地下水位变化对周边地表植被影响较小，且对不同植被类型影响程度不一。TSPAC分析方法的创新性在于： 提出了物理概念明确、易于工程使用的植被生态危险状态判断指标与依据，在SPAC分析模型基础上引入隧道地下水渗流模型，将隧道排水的工程因素与环境因素相结合，分析隧道排水—地下水位下降—地表植被影响的整体过程，并在实际工程中进行应用，可为隧道建设的环境保护提供一种新思路。     

大干溪I号隧道衬砌水压力分析

在岩溶富水地段,隧道衬砌实际上处在围岩应力场和渗透渗流场双场之中,渗流场的存在会导致围岩自稳能力降低,从而增加了围岩对衬砌的压力,同时渗流场的存在也会对隧道衬砌产生了渗透压力,研究了大干溪Ⅰ号隧道衬砌水压力,探讨了在渗流场和围岩应力场相互耦合作用下衬砌内力的变化情况,对富水段隧道衬砌的设计和施工有一定的借鉴意义。     

考虑降雨影响的双连拱隧道施工稳定性分析研究

在深入探讨连拱隧道扰动条件下降雨入渗导致的隧道上覆岩土体强度弱化基础上,考虑多雨区隧道施工扰动的弱化影响,针对浅埋偏压连拱隧道围岩施工实质是施工扰动引起的边坡变形问题,采用数值模拟分析方法对浅埋双连拱隧道的渗流变形稳定性问题进行的系统的分析,研究成果对隧道的施工反馈具有重要的指导意义。     

隧道开挖流体-固体耦合分析在复杂断裂岩体中的应用

基于某隧道工程,通过建立模型,研究了隧道开挖流体-固体耦合分析在断裂岩体中的应用。结果表明,在左隧道开挖后,围岩应力分布特征改变明显,应力距离隧道边缘越远变化越小,在洞半径约6倍以外的岩体,应力分布特征恢复到初始应力状态。在隧道拱顶,有较大沉降位移产生,拱腰水平收敛位移较大,拱底隆起变形较大。位移离洞边缘越近,变形越大,离洞边缘越远变形越小,围岩位移基于隧道中线为对称轴呈对称分布。与应力场作用下的应力相比,耦合作用下临近隧道围岩的应力高出约0~2.4 MPa,拱底处的应力要高出0~0.89 MPa。在耦合作用下,隧道洞周位移要大于应力场下的位移,在地下水渗流过程中,应力场发生明显的变化。在渗流场和流固耦合作用下,隧道水头分布情况基本一致,渗流场受应力场影响较小。     

贵阳市图云关隧道渗水成因及其对结构的影响分析

隧道工程是构筑在地表之下的结构物,因而总是处在各种地下水的包围之中。在隧道设计、施工或使用过程中任何有害扰动都会造成隧道防排水体系的缺陷,从而引起隧道渗水。从多方面对贵阳市图云关隧道渗水的原因展开讨论,并就渗水对结构的影响进行了分析,研究结果对隧道的治理提供技术依据。     

降雨条件下道路边坡地下水渗流分析

降雨是影响道路边坡稳定的主要因素之一,根据岩土饱和-非饱和渗流理论,考虑降雨入渗的影响,利用有限元方法,对强降雨条件下公路边坡地下水渗流场动态进行了数值模拟,得到了降雨过程中边坡地下水压力水头、总水头变化、流速的变化规律,研究结果为道路边坡的稳定性分析和滑坡预测提供重要的分析数据。     

龙头山特大断面隧道施工及运营安全风险分析

介绍和探讨了广州龙头山双洞八车道特大断面公路隧道施工中出现的3次小工程事故和原因;基于流变效应和地下水渗流研究成果,综合制约隧道安全运营的相关因素分析,评估了龙头山公路隧道工程运营安全风险。