新疆坎儿井隧洞破坏机理分析

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1、水利科研东北水利水电2010年第9期【文章编号]1oo2—0624(2010)09—0032—03新疆坎儿井隧洞破坏机理分析杨玲1，王俊臣2，白生强1(1．新疆水利水电科学研究院，新疆乌鲁木齐830049；2．吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林长春130021)【摘要】文章以试验资料为依据，分析了坎儿井衰减的原因及坎儿井隧洞破坏机理，并根据不同季节含水率变化而引起的变形参数的变化，采用修正剑桥模型。开展坎儿井数值计算，其计算结果符合工程实际情况。[关键词]坎儿井；破坏机理分析；新疆【中图分类号】TV213．4【文献标识码]B1新疆坎儿井概况渠和明渠)，总出水量约7．353mS／s

2、，年径流量2．32x10sms，坎儿井最大出水量为244．8L／s；干涸1．1坎儿井状况坎儿井687条，其中可望恢复的干涸坎儿井185新疆坎儿井由竖井、暗渠、明渠、涝坝4个部条，不可恢复的干涸坎儿井502条。分组成。暗渠又分为集水段(俗称水活)和输水段1．2坎儿井衰减原因(俗称旱活)。坎儿井的长度一般3-5km，最长的根据野外调查及坎儿井现状，吐鲁番地区坎达10km以上。坎儿井按其成井的水文地质条件儿井衰减原因主要有：来划分，可以分成3种类型：一种是山前潜水补给1)暗渠段洞顶土层严重脱落或由于地质构造型，这类坎儿井直接截取山前侧渗的地下水，集水原因(流砂带)而大面积集中坍塌、於积

3、严重。段较短；第二种是山溪河流河谷潜水补给型，这类2)竖井口没有封堵严密，寒流进入，冻融使得坎儿井集水段较长，出水量较大，吐鲁番地区分布暗渠出口段和竖井口集中坍塌破损严重。较广；第三种是平原潜水补给型，这类坎儿井分布3)大河水的开发利用，减少了地下水的补给量。在灌区内，地层多为土质，水文地质条件差，出水4)机电井的迅速发展造成地下水位的下降。量较小(俗称土坎)。5)坎儿井管理不到位。20世纪50年代以前，吐鲁番地区的工农业生产用水及人畜饮水，主要靠坎儿井水和泉水，19492坎儿井隧洞破坏分析变形计算参数的选择年底，全地区有水坎儿井1084条，年径流量4．8712．1坎儿井隧洞地层

4、湿度参数的选择亿m3。至1957年，坎儿井数量达到最高峰为1237根据不同季节测定的地下水位以上不同距离条，径流量达5．626亿m3。之后有水坎儿井数量逐含水率，经统计分析地层含水率(饱和度)分布规年减少，至1966年有水坎儿井1161条，年径流量律如下：达到最大6．599x108rn3，随后年径流量也逐年降低，冬季坎儿井进口段洞壁含水率(饱和度)：据2003年最新统计，吐鲁番地区共有坎儿井1091h=230．89∞_2．162(1)条，有水坎儿井404条，总长度为3488．5km(暗h=3303．9Sr-2阍2(2)·32·2010年第9期东北水利水电水利科研夏季坎儿井进口段洞

5、壁含水率(饱和度)：剑桥模型分别计算了夏季和冬季洞顶上覆土层厚h=4．0613-o953(3)度2．65，3．65，4．65，5．65m的坎儿井变形情况。h=13．225·9534(4)3．2坎儿井黄土隧洞变形计算成果冬季坎儿井地层含水率(饱和度)：坎儿井变形计算成果见表1。从表中可以看出：h=75．11一1·(5)1)夏季土层随着洞顶上覆土层厚度的增大，侧h=700．54Sr_1．817(6)墙最大水平位移在1．14~1．58cm之间，最大水平位夏季坎儿井地层含水率(饱和度)：移发生在侧墙中部；拱顶最大垂直位移在1．60~2．1h=l1．986一1·916(7)cm之间；最大等

6、效塑性应变在5．O2~6．55cm之间，h=57．432Sr一12701(8)塑性区从拱脚和拱肩部位沿着与水平成45~的方式中：——土层足巨地下水位以上距离，m；∞——向，向围岩内部延伸。含水率，％；5r饱和度，％。2)冬季土层随着洞顶上覆土层厚度的增大，侧2．2坎儿井隧洞地层变形参数的选择墙最大水平位移在1．61～1．72cn"l之间，最大水平利用FB一1型非饱和土应力应变式控制三轴位移发生在侧墙中部；拱顶最大垂直位移在2．09～仪对土样进行饱和度()33．07％，43．57％，52．91％，2．31cm之间；最大等效塑性应变在8．39～8．51cm72．76％~D100％的三

7、轴剪切试验。经统计分析，变之间，塑性区从拱脚和拱肩部位沿着与水平向成形参数与含水率有如下关系：45~的方向，向围岩内部延伸。～直线斜率肘与含水率关系：3)同一洞顶上覆土层厚度，冬季侧墙最大水M=0．0005∞2—0．0308+1．6126(9)平位移、最大项拱垂直位移和最大等效塑性应变式中：7—_p，～直线斜率；——含水率，％。比夏季大。随着洞顶上覆土层厚度的增大，冬季与k与含水率关系：夏季侧墙最大水平位移、最大顶拱垂直位移和最Ij}=一0．0006+0．025(10)大等效塑性