海底隧道滲流場分布規(guī)律及涌水量預(yù)測方法研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的飛速發(fā)展，跨海峽交通越來越彰顯出其重要性。海底隧道以其不受天氣氣候影響和穩(wěn)定的交通量等優(yōu)勢，成為未來跨海峽交通運(yùn)輸?shù)闹匾l(fā)展方向。
　　 但是海底隧道相對于山嶺隧道具有更多的不可知性，海底隧道存在地質(zhì)勘察難度大、準(zhǔn)確度低、成本高等難點(diǎn)，在建設(shè)過程中，上覆巖層有無限的水源對隧道進(jìn)行補(bǔ)給，使隧道具有更大的安全隱患，一旦發(fā)生突水事故，將會對隧道產(chǎn)生毀滅性的破壞。同時海底隧道涌水量預(yù)測是防排水設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。在海底隧

2、道的防排水設(shè)計(jì)中，隧道的涌水量預(yù)測起到至關(guān)重要的作用。準(zhǔn)確的涌水量預(yù)測可以提供正確的設(shè)計(jì)參數(shù)，提高防排水效果，延長隧道使用壽命。因此，本文從解析方法、模型試驗(yàn)方法和數(shù)值方法三個方面對海底隧道滲流場分布及涌水量預(yù)測進(jìn)行了探討，主要研究內(nèi)容如下：
　　 (1)分析了裂隙巖體中裂隙的分布函數(shù)，利用Monte-Carlo原理模擬生成了二維裂隙網(wǎng)絡(luò)，然后根據(jù)滲透張量及方向性滲透橢圓的概念，分析了多組平行裂隙及交叉裂隙的滲透張量等效方法，為

3、裂隙巖體等效為等效連續(xù)介質(zhì)，從而計(jì)算巖體的滲流奠定了基礎(chǔ)。
　　 (2)根據(jù)海底隧道滲流的特點(diǎn)，在他人研究的基礎(chǔ)上，將海底隧道進(jìn)行了橢圓形簡化，利用復(fù)變函數(shù)推導(dǎo)出了海底隧道涌水量與隧道高跨比的關(guān)系公式，對海底隧道涌水量與隧道高跨比、隧道埋深、海水高度以及圍巖滲透系數(shù)的關(guān)系進(jìn)行了分析，提出了圓形隧道與橢圓形隧道計(jì)算涌水量的修正系數(shù)。
　　 (3)以青島膠州灣海底隧道為試驗(yàn)原型，制作了由高強(qiáng)PVC板和型鋼組成的試驗(yàn)臺架，設(shè)計(jì)

4、了自動加水裝置及涌水量測量裝置，選取了合適的相似材料和光纖監(jiān)測系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了海底隧道的流固耦合模型試驗(yàn)研究。對試驗(yàn)設(shè)置的關(guān)鍵點(diǎn)滲透壓力和隧道涌水量數(shù)據(jù)進(jìn)行了系統(tǒng)分析，并將試驗(yàn)結(jié)果與解析解進(jìn)行了對比分析。
　　 (4)利用FLAC3D有限差分計(jì)算軟件，對模型試驗(yàn)的原型進(jìn)行了模擬，并將計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比分析。通過模擬分析不同注漿圈厚度、不同水深、不同巖石覆蓋層厚度以及不同注漿圈滲透系數(shù)的情況，分析了各因素對滲流場分