武广线韶关段某岩溶隧道涌(突)水量预测方法-研究

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1、西南交通大学学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。在三维离散裂隙网络模型的生成、典型单元体的确定和岩体的渗透张量计算等方面应用VisualBasic语言编制了计算机应用程序。利用线素法研究了隧道涌(突)水量计算，并结合隧道实例分析了岩溶隧道涌(突)水量与模拟区域的长度、宽度及岩溶边长的关系。学位论文作者签名：础户日期垆≯月沙西南交通大学硕士研究

2、生学位论文第1页第1章绪论岩溶隧道涌水是指在隧道工程施工及运营过程中，由于围岩岩体裂隙发育而形成的地下水沿连通的裂隙网络以渗水、滴水及线流形式流出的现象，其流速一般较小，其对施工及运营影响不大。岩溶隧道突水是指在隧道工程施工及运营过程中，由于围岩岩体裂隙发育，而形成的地下水沿连通的裂隙网络以股流或涌流形式集中，导致表面的岩体破坏，而突出的现象。其具有一定的水压和流速，对施工及工程本身具有较大的影响，甚至可以造成极大的破坏【¨。1．1课题的研究背景、目的和意义我国碳酸盐岩分布广，面积约达130x104km2，特别是西南地区如川东、川南、滇东、贵州和广西的大部分，地表广泛分布碳酸盐岩【

3、2】。据不完全统计，在我国1996年前已建成的4800余座隧道中，约三分之一发生过涌(突)水f：7题，其中30余座属大型涌(突)水，每座隧道的涌(突)水量均超过1．Oxl04m3／d，最大的达20．6x104m3／d。一旦发生大规模的隧道涌(突)水，严重危及隧道施工的安全，影响隧道施工的进度，而且可能引起浅层地下水及地表水枯竭，甚至引起地面塌陷等伴生的环境地质问题【31。圆梁山隧道出口和进口工区自开挖揭示出溶洞以来，先后发生了大规模的涌(突)水、涌砂、突泥30余次，造成直接经济损失达600万元，甚至造成了伤亡事故，施工极其艰难，给隧道的施工造成了极大的影响【41。当隧道穿过断层破碎

4、带、张性或张扭性结构面密集带、向斜轴部、不同岩层接触带附近以及岩溶地区，在这些地段，通常是地下水富集场所和良好的通道。施工过程中常出现涌(突)水现象，特别是当这些地带的地下水有常年或季节性地表水补给时，其涌(突)水量则大而稳定，致使施工时排水困难，影响施工的进展，甚至淹没导坑或隧洞。因此，隧道涌(突)水量的预测研究，对拟定有效的整治措施以及隧道的安全运营，都有非常重要的意义。西南交通大学硕士研究生学位论文第2页1．2课题研究的国内外现状1．2．1裂隙网络模拟方面在隧道围岩中存在着大量的随机分布的结构面，它们对围岩的工程性质及稳定性都有着极其重要的影响。根据传统的工程地质研究方法很难

5、客观地描述其空间分布特征。因此应用概率与统计学的理论，通过统计分析得到裂隙的分布规律性，采用随机模拟的方法实现与统计分布相适应的裂隙网络是研究随机裂隙宏观特征的有效途径【51。裂隙网络模拟的基本思想是首先简化结构面几何形态，然后通过概率统计方法以及空间解析方法获取准确的结构参数(例如迹长、大小、间距、产状等)，在此基础上，根据MonteCarlo模拟方、法【6’7】利用均匀随机数产生服从特定分布的随机变量，这一随机变量可以模拟自然岩体裂隙的产状、间距和迹线长度，最后确定空间中特定的裂隙，从而得到一个完整的裂隙网络。裂隙网络模拟实质上是对整个研究区结构面在二维平面或三维空间展布上的一

6、种预测方法。在裂隙长度的分布方面Hudson和Priest[＆9】进行了大量的调查。对于裂隙形状不同学者提出了不同的概念模型，最具代表性的模型有：1．以GB．Baechertl0](1977)并11C．S．kIng为代表研制的圆盘裂隙网络模型，它假设裂隙为圆盘状，通过裂隙半径确定其大小；2．pAw．s．Dershowitz[111(1984)为代表研制的多边形裂隙网络模型，它假设裂隙为多边形，需要多个裂隙角点坐标来确定其大小。在裂隙面的大小方面，国内外许多学者从概率论上进行了研究，PriestHudson(1981)112】提出了根据删节半迹长推求全迹长的一套研究方法，Mauldo

7、n(1998)[13】应用方形和圆形统计窗研究了裂隙迹长与裂隙面直径之间的统计关系。经过国内外学者【14】多年的研究，目前结构面网络模拟技术已经基本成熟，其在工程领域的应用也逐渐深入。西南交通大学硕士研究生学位论文第3页1．2．2岩体裂隙介质渗流计算方面裂隙岩体渗流模型大体上可分为两类：等效连续介质方法和离散介质方法。等效连续介质方法的长处在于其简单性，对许多问题特别是对于大范围的水量问题仍然是首选方法。但对许多岩体来讲，典型单元体(REV)不能保证存在，而典型单元体