高水壓隧道滲流場的流固耦合研究.pdf

1、為了研究高水壓隧道滲流場的分布規(guī)律，本文利用理論解析、數(shù)值模擬、模型試驗和現(xiàn)場測試等多種手段，對其進行了全面系統(tǒng)的研究，取得了一些有意義的研究成果，并依托鐵道部研究課題“宜萬鐵路齊岳山隧道襯砌水壓力特征研究”和廈門路橋公司科研項目“應力場、滲流場組合作用下襯砌結(jié)構(gòu)受力特征及斷面優(yōu)化的模型試驗研究”進行了工程應用。本文主要開展了以下幾方面的研究工作： (1)提出將隧道的滲流過程區(qū)分為穩(wěn)定流和非穩(wěn)定流兩個階段的研究思路。在非穩(wěn)定流階

2、段，圍巖變形和滲流場的重新分布同時進行且相互影響，須考慮流、固耦合作用對滲流場分布的影響；而在穩(wěn)定流階段，圍巖變形和滲流場分布趨于穩(wěn)定，不再發(fā)生變化，此時可不考慮其間的相互影響作用，從而不予考慮流、固耦合作用對滲流場分布的影響。 (2)利用復變函數(shù)方法與抽水井的“圓島模型"，運用解析解的方法系統(tǒng)的研究了均勻介質(zhì)中穩(wěn)定流的滲流場分布，給出了高水壓巖溶隧道周邊地層水壓分布規(guī)律計算公式。并通過數(shù)值模擬進行計算對比，驗證了本文解析解的正

3、確性。此外，本文還推導了不良地質(zhì)圍巖中(含溶洞、斷層和隔水層)滲流場的計算公式。 (3)研究了流、固耦合條件下等效連續(xù)介質(zhì)中滲流場分布的數(shù)學模型，并對圍巖應力作用下滲流場參數(shù)的變化進行了研究，提出將耦合后的滲流參數(shù)代入穩(wěn)定流方程，計算耦合作用結(jié)束后的穩(wěn)定流滲流場的研究方法。 (4)通過數(shù)值模擬，分析了穩(wěn)定流和非穩(wěn)定流的滲流場和結(jié)構(gòu)受力規(guī)律。在穩(wěn)定流分析中，研究了隧道涌水量和注漿圈參數(shù)之間的關(guān)系，如注漿厚度、注漿圈滲透系數(shù)

4、以及不同排水量，得到了襯砌背后水壓力和排水量的關(guān)系曲線；在非穩(wěn)定流計算中，研究了流、固耦合條件下不良地質(zhì)條件圍巖中的滲流場分布，對“支護緊跟”和“支護滯后"兩種情況下圍巖地表變形和襯砌結(jié)構(gòu)受力等進行了對比，最后通過數(shù)值模擬對比研究雙場疊加和雙場耦合的不同作用，得到耦合遠比疊加作用危險的結(jié)論。 (5)以模型試驗為手段，進行了廈門海底隧道滲流場和襯砌結(jié)構(gòu)受力特征進行了試驗研究。得到了隧道斷面注漿圈內(nèi)、外側(cè)水壓力的分布規(guī)律；對結(jié)構(gòu)受力