隧道力学-第8讲(中南大学-施成华).ppt

《隧道力学-第8讲(中南大学-施成华).ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在PPT专区-天天文库。

1、中南大学土木工程学院隧道工程系主讲教师：施成华隧道力学第8讲隧道力学的特殊问题本讲主要内容：1、概述2、隧道衬砌水压力的计算问题3、隧道力学的特殊问题一、概述随着我国工程建设的发展，隧道越建越多，隧道所处的地质环境也越来越复杂，出现了越来越多的特殊问题。（1）富水隧道的水压力计算问题;（2）隧道施工的时空效应问题;（3）流固耦合计算问题；（4）温度场和应力场的耦合计算问题；（5）软弱围岩大变形的力学分析；（6）复杂空间隧道结构的计算问题;第8讲隧道力学的特殊问题—概述土木工程学院隧道工程系施成华一、概述（7）隧

2、道围岩的本构关系和屈服准则;（8）隧道围岩结构面的力学特性问题；（9）多层支护的力学分析问题；（10）隧道拆撑过程的力学分析问题；（11）高地应力隧道的岩爆问题；（12）隧道结构动力学问题（13）隧道工程问题的反演分析理论与方法（14）岩溶隧道的施工安全问题第8讲隧道力学的特殊问题—概述土木工程学院隧道工程系施成华二、隧道衬砌水压力计算理论目前，国内外隧道工程对地下水的处理方式基本上可分：全封堵方式，堵水限排方式和排导方式三种。全封堵方式为不设置衬砌背后的地下水排导系统，衬砌结构承受同地下水头相当的水压力；排导方

3、式为在衬砌后设置包括盲沟等地下水排导系统，衬砌不考虑水荷载的作用；堵水限排方式是采取地层注浆等方式减少进入隧道内地下水排量，同时在衬砌背后设置排导系统，将进入隧道内的地下水排走，衬砌结构承受部分水压力。第8讲隧道力学的特殊问题—水压力的计算问题土木工程学院隧道工程系施成华二、隧道衬砌水压力计算理论在全封堵情况下，地下水静水压力并不因为岩土介质的渗透性有所降低而改变其传递规律，衬砌要承受同地下水水头基本相当的水压力，当隧道埋置较深，地下水水头较高时，隧道结构设计非常困难，并且不合理；排导方式下隧道衬砌结构设计可基本

4、上不考虑衬砌的水压力荷载，从而可使隧道衬砌设计得比较经济合理；第8讲隧道力学的特殊问题—水压力的计算问题土木工程学院隧道工程系施成华二、隧道衬砌水压力计算理论在堵水限排方式下，减少了地下水进入隧道内的排水量，对地表水环境影响较小，同时由于设置了排导系统，衬砌结构承受的外水压力可进行大幅度折减，使隧道设计更趋合理。因此，对于地下水位较高的深埋山岭隧道，隧道设计时通常采取“以堵为主、限量排放”的防排水原则。第8讲隧道力学的特殊问题—水压力的计算问题土木工程学院隧道工程系施成华实现限量排放的一种方式是在隧道的防排水系统

5、中安设一种控制阀门。当水压达到一定值时，阀门打开排水，当水压低于某一值时，阀门关闭，这种控制排水系统在广州地铁隧道中曾经使用过，但是由于经常开闭，阀门极易损坏，再加上水中含有大量泥砂，常常使阀门堵塞，最终失去控制排水功能，并使得衬砌背后水压增大造成衬砌破坏。第8讲隧道力学的特殊问题—水压力的计算问题二、隧道衬砌水压力计算理论土木工程学院隧道工程系施成华另一种控制排放的方式主要针对山区高水位隧道，如岩溶富水区，隧道的设计可以采取多道防线、层层设防，在隧道衬砌外面的围岩中设计一定厚度的注浆堵水圈，减少流向隧道衬砌背后

6、的总渗流量，再在隧道衬砌背后设置排水措施排出剩余的水量来降低外水压力。在这种方式下，初期衬砌和二次衬砌之间加设了防水板，二次衬砌是防水混凝土，因此，地下水荷载在围岩和注浆加固圈中表现为渗流体积力，而在二次衬砌上为边界力，可以称为衬砌外水压力。第8讲隧道力学的特殊问题—水压力的计算问题二、隧道衬砌水压力计算理论土木工程学院隧道工程系施成华假定围岩为各向同性均匀连续介质，隧道为圆形，地下水头很高，设为H，水流为稳定流，其运动规律服从Darcy定理。r0为衬砌内径；r1为衬砌外径；rg为注浆圈半径；r2为远场距离，等于

7、H；由于衬砌厚度相对于地下水头较小，衬砌渗透力可以简化为作用在衬砌外缘的表面力，该表面力取该处的孔隙水压力。第8讲隧道力学的特殊问题—水压力的计算问题1.限量排放下的水压力理论为了求得隧道排水量Q和衬砌及注浆圈外缘的水压力，考虑隧道所处的地下水头很高，水流为稳定流，可根据地下水动力学理论，以无限含水层中的竖井为例进行理论分析。土木工程学院隧道工程系施成华基本假定：（1）水层均质、各向同性，厚度不变，分布面积很大，可视为无限延伸；（2）抽水前的地下水面是水平的，并视为稳定的；（3）含水层中的水流服从Darcy定律，

8、并在水头下降的瞬间水就马上释放第8讲隧道力学的特殊问题—水压力的计算问题1.限量排放下的水压力理论设承压含水层中有一竖井，井的内半径为r0，衬砌外半径为r1，由于抽水引起了水头降落，井内径处水头为h0，外半径处水头为h1，远场稳定水头在半径r2处，为h2；衬砌渗透系数为k1，围岩渗透系数为k2。土木工程学院隧道工程系施成华水流有如下特征：（1）水流为水平径向流，即流线为指