浅论高速公路连拱隧道围岩应力场和渗流场的耦合作用分析

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1、分类号⋯⋯⋯⋯．UD(2-⋯⋯⋯⋯．．y998972密级⋯⋯⋯⋯⋯编号⋯⋯⋯⋯⋯一十南大学CENTRALSOUTHUNIVERSITY硕士学位论文论文题II高速公P峰丛堕堕旦堂皇壁!夔『塑学科、专业研究生姓名导师姓名及专业技术职务渗流场的耦合作用分析2006年4月硕士学位论文摘要在公路、铁路隧道工程的施工中，渗漏水现象是其中的一个常见病害表现，地下水对隧道的影响十分明显。本文结合湖南省交通厅科技项目，以常吉高速公路蓖麻溪连拱隧道为工程背景，通过三维数值模拟计算来解决连拱隧道开挖过程中的围岩应力场、位移场以及渗流场的分布问题。本文首先对裂隙岩体工程中地下水渗流理论及其应用进展进行

2、了综述，然后通过现场钻孔压水试验确定围岩的渗透系数，并对高速公路连拱隧道裂隙围岩采用等效连续介质渗流理论分析隧道开挖过程中的流固耦合问题。利用三维快速拉格朗日元有限差分程序FLAC3D，分别计算了不考虑渗流效应和考虑渗流效应时连拱隧道分步开挖条件下围岩响应特征，主要得到如下结论：1、连拱隧道开挖后围岩应力主要在中拱墙和拱脚处集中，由于孔隙水压力的影响，不考虑渗流时比考虑渗流时的水平应力要大20％～30％，而竖直方向应力相差不大，围岩最大压应力约为7．0Mpa。2、考虑渗流效应时流固耦合分析得出的隧道拱顶沉降量比不考虑渗流效应时要大一倍左右，而且与工程实测结果比较相近。隧道横断面

3、地表沉降曲线为一抛物线型，隧道开挖后径向会发生收敛，且开挖顺序对位移场分布有影响。3、隧道开挖后地下水在压力差作用下通过裂隙网络向洞内渗透，最后孑L隙水压力场在开挖区域呈一漏斗状分布。4、考虑渗流效应时，由于围岩有效应力降低，隧道开挖区域的围岩塑性区分布范围比不考虑渗流效应时有所减少。关键词：连拱隧道，压水试验，流固耦合，数值模拟硕士学位论文ABSTRACTIntheprocessofroadandrailwaytunnelconstruction，thephenomenonofwaterleakageiSacommondiseaseandtheaffectionofgroun

4、dwaterisverytroublesome．ThepaperisbasedonthescienceandtechnologyprojectsofcommunicationdepartmentinHunanProvinceanditsbackgroundisamulti—archtunnelinthefreewayfromChangdetoJishou．Throughthree—dimensionalnumericalsimulation，itresolvesthedistributionofstressfield，displacementfieldandseepagefie

5、ldintheprocessoftunnelexcavationforitssurroundingfissuredrock．Atfirst，theseepagetheoryinfissuredrockanditsapplicationinengineeringaresummarizedinthispaper．Andthendrillingforpressurizedwatertestinginthetunnelsurroundingrockisusedtodeterminethepermeationcoefficient．Thecoupledflowandstressanaly

6、sisisexecutedbytheprocedureofFLAC30andtheflowinfissuredrockissimplifiedwiththeequivalentcontinuousmediumseepagetheory．Itrespectivelysimulatesthemulti-archtunnelexcavationprocessinwhichtheaffectionofgroundwaterflowistakingintoaccountornot．ThroughthefastLagrangiananalysisofcontinuain3dimension

7、sbyFLAC3Dprocedure，themainconclusionsareasfollows：1、Aftertheexcavationofmulti—archtunnel，thestressinthemiddle-archwallandatthefootofthearcharealwayslargerthanotherpart．Asresultoftheaffectionofporepressure，whennotconsideringtheseepageflow,thestresso