富水节理岩体中隧道开挖流固耦合效应研究

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1、国内图书分类号：U459.2密级：公开国际图书分类号：624.19西南交通大学研究生学位论文富水节理岩体中隧道开挖流固耦合效应研究年级二〇一五级姓名郭晓杰申请学位级别工学硕士专业桥梁与隧道工程指导老师王英学教授二〇一八年五月ClassifiedIndex:U459.2U.D.C:624.19SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisSTUDYONTHEHYDROMECHANICALLYCOUPLINGEFFECTINWATER-RICHJOINTEDR

2、OCKMASSDURINGTUNNELEXCAVATIONGrade:2015Candidate:GuoXiaoJieAcademicDegreeAppliedfor:MasterSpeciality:BridgeandTunnelEngineeringSupervisor:Prof.YingXueWangMay.2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要富水节理岩体中的隧道工程要面临很多问题，一方面节理中的渗流规律较为复杂，另一方面渗流场与力学场的耦合效应又会增大隧道施工的难度。因此研究节理

3、岩体中的渗流特性具有很重要的意义。本文采用离散元法，分析了节理的分布参数对隧道渗流场的影响以及节理岩体中的流固耦合效应，并结合工程实例分析了其流固耦合效应。研究主要得到了以下结论：（1）节理岩体中，由于节理分布的不连续性使得衬砌水压的在纵向表现出不均匀的分布特点。与节理相交处衬砌背后的水压较大，其余位置水压则相对较小。随着节理间距的减小，衬砌背后的水压表现出增大的趋势。（2）当节理倾角为90°时，衬砌的水压表现出左右对称的特点。当节理倾角不等于90°时，节理的整体分布不对称，从而造成了衬砌水压的左右

4、不对称。当节理倾角为45°和135°时，衬砌水压的不对称性是最强的。随着节理倾角从30°变化至150°，拱顶和拱底的水压关于倾角表现出二次抛物线的变化规律。（3）随着节理隙宽的增大，衬砌背后的水压也在增大。节理的导水系数与节理隙宽的三次方成正比。（4）当考虑流固耦合效应之后，拱顶和拱底的位移均有所增大，增大幅度约为30%左右。此外，考虑耦合之后，节理隙宽会出现不同程度的扩张。（5）当节理法向刚度不断增大时，隧道围岩位移表现出减小的趋势，衬砌背后的水压分布同样表现出减小的趋势。此外，节理刚度越大，节理

5、隙宽的变化越小。关键词：富水节理；隧道施工；离散元法；渗流；流固耦合西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractTunnelengineeringinwater-richfracturedrockmassesisconfrontedwithalotofproblems.Ononehand,theseepagelawinjointsisreallycomplicated.Ontheotherhand,thehydromechanicallycouplingeffectbetweenthese

6、epagefieldandmechanicalfieldwillincreasethedifficultyoftunnelconstruction.Therefore,thestudyoftheseepagecharacteristicsinjointedrockmassesisofgreatnecessities.Inthisthesis,thediscreteelementmethodisusedtoanalyzetheinfluenceofdistributionparametersofjoi

7、ntsontheseepagefieldoftunnelsandthehydromechanicallycouplingeffectinjointedrockmasses.Inaddition,hydromechanicallycouplingeffectisanalyzedwithanengineeringexample.Themainconclusionsofthestudyarelistedbelow:(1)Injointedrockmasses,duetothediscontinuityof

8、jointdistribution,thewaterpressurebehindthelinershowsanon-uniformdistributioninthelongitudinaldirection.Thewaterpressurebehindthelineratthecross-sectionintersectedwiththejointislarger,andthewaterpressureintheothercross-sectionsisrelativ