巖溶對水工隧洞圍巖穩(wěn)定性影響研究進展

1、巖溶對水工隧洞圍巖穩(wěn)定性影響研究進展巖溶對水工隧洞圍巖穩(wěn)定性的影響及研究進展 HYPERLINK /wygw/gzzj/ 隨著我國水電事業(yè)的迅猛發(fā)展和西部大開發(fā)的進行,在巖溶地區(qū)修建水工隧洞越來越多。而由于巖溶這種不良地質現象的存在,嚴重影響了隧洞的開挖和運營。因此,探討分析巖溶對水工隧洞的圍巖穩(wěn)定性也十分必要。本文簡要闡述了在巖溶地區(qū)巖溶水、巖溶洞隙以及巖溶松散堆積物對隧洞圍巖穩(wěn)定性的影響,總結了國內外的研究現狀,提出了基于不同巖溶含水系統的等效模型以及在不同巖溶洞隙的情況下對水工隧洞圍巖變形的規(guī)律和破壞模式進行研究的方向。0 開場白地球上約存有15%的地形就是喀斯特巖溶地貌,而我國就是世界

2、上巖溶原產面積最廣泛的國家之一。在我國,巖溶原產縱深橫廣,除了構成以北方山西為中心,西南以貴州為中心的兩片面積注目的巖溶高原外,除了更為寬廣的地理環(huán)境跨度1。隨著我國水電事業(yè)建設事業(yè)的迅猛發(fā)展,水工隧洞日趨激增,規(guī)模也不斷加強,水工隧洞就是在山體中或地下修筑的過水洞,可以用作灌溉、發(fā)電、供水、輸水、引水、施工導流和通航。水工隧洞就是大型水利樞紐的關鍵組成部分,現在西部地區(qū)正在大力修建水利樞紐,然后在西部山區(qū)常常可以碰到石灰?guī)r溶地區(qū)小斷面隧洞工程建設,由于巖溶這種不當地質現象的存有給隧洞開鑿和運營安全導致輕微的威脅。比如,大規(guī)模的巖溶涌水,突泥不但損害隧道施工的安全,還影響隧道施工的進度,給人們

3、的生產生活導致重大損失。1 巖溶地區(qū)水工隧洞圍巖穩(wěn)定性的主要影響因素分析巖溶就是地表水和地下水對可溶性巖層展開化學銹蝕/瓦解促進作用和機械毀壞/運送/沉積作用所構成的各種地表和地下風蝕現象的總稱。.綜合尚無的條件,巖溶產生發(fā)育須要具有3個條件即為可溶性巖石和地質構造與地層結構以及地下水和地表水給養(yǎng)、徑流、擴散和循環(huán)。研究一個地區(qū)的巖溶發(fā)育程度須要融合該地區(qū)的巖溶層組類型,地質構造條件,巖溶地貌部位以及巖溶發(fā)育歷史等特點去綜合考量,必須因地制宜,很難得出結論統一的標準,所以得出結論的結果僅僅就是一種相對的概念。1.1 巖溶水巖溶區(qū)水工隧洞平衡問題的一個關鍵的方面就是巖溶地下水運動對圍巖變形和穩(wěn)定

4、性的影響,它牽涉至巖溶水圍巖的相互作用問題。巖溶水師指存有于可溶性巖石(石灰?guī)r、白云巖)的溶孔、溶洞和風蝕裂隙中的地下水。巖溶地下水運動的特點就是巖溶含水介質具備多重性,并且裂隙上涌與管道流共存,層流與湍流共存,線性與非線性流共存,已連續(xù)水流與邊緣化水體共存。在隧洞施工過程中,由于巖溶發(fā)育且高壓、富水,常產生巖溶地下水注重的災變現象。巖溶涌水通?？梢砸滤矶磭鷰r穩(wěn)定性快速上升,從而倒塌,給隧洞增添相同程度的危害。例如嶄新水花隧道株六復線由于發(fā)生巖溶涌水引致圍巖穩(wěn)定性銳減,邊墻及拱部均發(fā)生塌方,拱部格柵和群牧拱形發(fā)生下陷、燒毀,給施工的安全導致一定的危害。西坑1號隧洞深圳東部供水網絡干線發(fā)生大量

5、巖溶涌水使洞軸左側100m以外的西坑村老屋地面局部變形,水井枯萎,土房墻壁發(fā)生顯著裂縫。巖溶含水系統可以分成四類,分別就是裂隙巖溶含水系統,管道巖溶含水系統,層間空隙巖溶含水系統,管道裂隙孔隙三重含水系統。1.2 巖溶洞隙溶洞的構成就是石灰?guī)r地區(qū)地下水長期風蝕的結果,石灰?guī)r里的不溶性的碳酸鈣鋼鍵和二氧化碳的促進作用能夠轉變?yōu)槲⑷芴妓釟溻}。溶洞的發(fā)育情況、大小,以及方位邊線對隧洞的圍巖都存有相同程度的影響,在隧洞施工開鑿過程中我們就時?？梢耘龅酱笮腿芏?例如坐落于黔桂兩省交界上的南盤江的天生橋二級水電站,開鑿后辨認出800m掩埋深下的隧洞中巖溶仍很發(fā)育,溶洞段上下游圍巖很不光滑,巖體碎裂。又例如

6、超過萬鐵路田家坡隧道因溶洞風蝕輕微,引致圍巖倒塌、沉積,嚴重影響了施工進度,減少了成本。渭河工程國際二標6號隧洞青羊渠至溫嶺區(qū)段,溶洞相繼發(fā)生,影響隧洞圍巖的穩(wěn)定性,輕微弱化了管片的承載能力和防潮性能,影響過流能力。1.3 巖溶單薄堆積物巖溶單薄堆積物對水工隧洞穩(wěn)定性影響的程度一方面依賴于巖溶單薄堆積物的體量的大小和堆積物本身的物理力學性能,另一方面和巖溶單薄堆積物與水工隧洞與否聯通存有輕易關系。對于非聯通的巖溶洞隙單薄堆積物對水工隧洞穩(wěn)定性的影響主要整體表現為洞室與堆積物之間巖墻在堆積物荷載和內水壓力促進作用下的穩(wěn)定性問題。對于與水工隧洞聯通的巖溶洞隙單薄堆積物,如果堆積物體量尺度大于洞室尺

7、度,可以輕易按照單薄體土質圍巖展開處置,否則須要研究相同體量尺度堆積物對圍巖穩(wěn)定性的影響以及換填修整處置的最輕厚度,以滿足用戶在堆積物荷載和內水壓力促進作用下的圍巖的整體穩(wěn)定性問題。2 研究現狀目前,國內外對巖溶地區(qū)水工隧洞圍巖穩(wěn)定性的研究并不多。在國外,單獨對巖溶的研究存有一些,如Rudolf Lied 2等通過一個繁雜模型方法對巖溶產生的掌控機制展開了研究,該模型包含了巖溶系統水力學,熔化動力學以及有關的流動阻力隨其時間的減少。巖溶水力特征主要就是由高導水高存儲的管道網絡機制與在各種邊界條件約束下低導水低存儲的巖體相互作用所掌控,只有考量流動機制的耦合系統,就可以適度整體表現其他有關因素的

8、促進作用;Gabrovsck3明確提出了一個用作石灰?guī)r巖溶含水層在長度和深度進化的新模型,即為對已經開始階段,裂縫孔徑只有50um,滲透系數就是10-7m/s的含水層巖體,施予以水源補足恒定的邊界條件:運用石灰?guī)r的非線性熔化動力學排序各時間段裂隙熔化拓展情況,從而獲得含水層隨其時間的進化,該模型也可以敘述洞穴隨其時間的進化情況。Gabrovsck 對深30m、長200m的含水層利用該模型展開了排序,定性描述了巖溶水拓展機制。在國內,研究較多的就是巖溶對公路隧道圍巖穩(wěn)定性的影響,尤其就是巖溶洞隙的影響。如2003年趙明階教授4-8等人就對該方面展開了大量的研究,在分析巖溶的發(fā)育特征和巖溶對大斷面

9、隧道工程的危害的基礎上,創(chuàng)建巖溶隧道圍巖穩(wěn)定性的概化模型,首次利用模型試驗和數值分析通對巖溶區(qū)小斷面公路隧道圍巖中的相同發(fā)育程度的巖溶對圍巖穩(wěn)定性的影響展開了系統深入細致的研究,并融合尚無的工程實踐經驗構筑巖溶區(qū)隧道圍巖穩(wěn)定性的掌控方法和措施。研究得出結論了圍巖變形與溶洞距離、方位、尺寸之間的非線性關系,并明確提出了巖溶區(qū)隧道圍巖變形特征為全過程變形曲線的負空間效應段快速增長,阻尼段變長,而正空間效應段變小陡峭。圍巖變形速率在開鑿瞬間達至最小,并隨溶洞的尺寸的減小而減小,而隨溶洞距離的減小而增大。吳夢軍9-10等也展開了一系列的大型相近模型試驗和數值演示研究,也深入探討了溶洞的發(fā)育程度和邊線對

10、圍巖施工力學積極響應的影響,總結了巖溶地區(qū)公路隧道圍巖加速度場,塑性區(qū)等的一些原產規(guī)律。 HYPERLINK /wyst/ 更多精品源自 試題 3 結論綜上所述,國內外針對巖溶對水工隧洞圍巖穩(wěn)定性的影響的研究幾乎就是空白,大都就是單獨邊緣化的分析巖溶或者隧洞,國內研究的比較多的就是巖溶洞隙對公路隧道的圍巖穩(wěn)定性影響,而水工隧洞與公路隧道還是有區(qū)別的,因為水工隧洞在投入使用后資金投入運營時洞內就是必須過水的。因此,我們還須要考量存有壓隧洞的內水壓力促進作用,也有可能除了內水外滲的問題,這些對圍巖的平衡都存有非常大的影響。鑒于此,還可以從以下兩方面展開研究:1)基于相同巖溶含水系統的耦合滲流模型,

11、運用流固耦合理論,分別對具備裂隙巖溶含水系統、管道巖溶含水系統、層間孔隙巖溶含水系統以及管道-裂隙-孔隙三重含水介質的水工隧洞圍巖在有沒有內水壓力促進作用下的巖溶水圍巖的相互作用機理展開數值演示,通過演示結果分析在巖溶水影響下的水工隧洞圍巖變形規(guī)律與毀壞模式。2)依據巖溶的發(fā)育特征構筑巖溶洞隙對存有壓水工隧洞圍巖穩(wěn)定性影響的概化模型,然后基于該概化模型,使用模型試驗和數值演示方法就隧洞周邊的相同尺寸、相同距離和相同方位的洞隙exiaodong壓水工隧洞在存有、并無內水壓力時的圍巖穩(wěn)定性展開系統研究,通過對研究成果的分析,贏得相同巖溶洞隙原產時存有壓水工隧洞圍巖變形規(guī)律與毀壞模式。參考文獻1劉招

12、偉,張民慶,王樹仁.巖溶隧道災變預測與復加技術.科學出版社,2007.2Rudolf Liedl,Martin Sauter,Dirk Huckinghaus. Simulation of the development of karst aquifers using a coupled continuum pipe flow modleJ. Water Resources Research,2003(3):1057-1067.3Gabrovsck F,Dreybrodt W. A mode of the early evolutionof karst aquifers in limeston

13、e in the dimensions of length and depthJ. Journal of hydrology, 2001(240):206-224.4趙明階,徐容,劉緒華,等.隧道頂部溶洞影響圍巖平衡 性的模型試驗研究J.地下空間,2003,23(2):153-157.5趙明階,王學軍,劉緒華,等. 隧道兩端巖溶對圍巖平衡 性影響的數值演示研究J.重慶建筑大學學報,2003,25(1): 6-10.6趙明階,徐容,許錫賓.巖溶區(qū)全斷面開鑿隧道圍巖變形 特性演示J.同濟大學學報,2004,32(6):710-715.7趙明階,徐容,許錫賓.巖溶區(qū)全斷面開鑿隧道圍巖變形 規(guī)律及其監(jiān)測J.同濟大學學報,2004,32(7):8