岩溶对水工隧洞围岩稳定性影响研究进展.docx

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1、岩溶对水工隧洞围岩稳定性影响研究进展岩溶对水工隧洞围岩稳定性的影响及研究进展随着我国水电事业的迅猛发展和西部大开发的进行,在岩溶地区修建水工隧洞越来越多。而由于岩溶这种不良地质现象的存在,严重影响了隧洞的开挖和运营。因此,探讨分析岩溶对水工隧洞的围岩稳定性也十分必要。本文简要阐述了在岩溶地区岩溶水、岩溶洞隙以及岩溶松散堆积物对隧洞围岩稳定性的影响,总结了国内外的研究现状,提出了基于不同岩溶含水系统的等效模型以及在不同岩溶洞隙的情况下对水工隧洞围岩变形的规律和破坏模式进行研究的方向。0 开场白地球上约存有15%的地形就是喀斯特岩溶地貌,而我国就是世界上岩溶原产面积最广泛的国家之一。在我国,岩溶原

2、产纵深横广,除了构成以北方山西为中心,西南以贵州为中心的两片面积注目的岩溶高原外,除了更为宽广的地理环境跨度1。随着我国水电事业建设事业的迅猛发展,水工隧洞日趋激增,规模也不断加强,水工隧洞就是在山体中或地下修筑的过水洞,可以用作灌溉、发电、供水、输水、引水、施工导流和通航。水工隧洞就是大型水利枢纽的关键组成部分,现在西部地区正在大力修建水利枢纽,然后在西部山区常常可以碰到石灰岩溶地区小断面隧洞工程建设,由于岩溶这种不当地质现象的存有给隧洞开凿和运营安全导致轻微的威胁。比如,大规模的岩溶涌水,突泥不但损害隧道施工的安全,还影响隧道施工的进度,给人们的生产生活导致重大损失。1 岩溶地区水工隧洞围

3、岩稳定性的主要影响因素分析岩溶就是地表水和地下水对可溶性岩层展开化学锈蚀/瓦解促进作用和机械毁坏/运送/沉积作用所构成的各种地表和地下风蚀现象的总称。.综合尚无的条件,岩溶产生发育须要具有3个条件即为可溶性岩石和地质构造与地层结构以及地下水和地表水给养、径流、扩散和循环。研究一个地区的岩溶发育程度须要融合该地区的岩溶层组类型,地质构造条件,岩溶地貌部位以及岩溶发育历史等特点去综合考量,必须因地制宜,很难得出结论统一的标准,所以得出结论的结果仅仅就是一种相对的概念。1.1 岩溶水岩溶区水工隧洞平衡问题的一个关键的方面就是岩溶地下水运动对围岩变形和稳定性的影响,它牵涉至岩溶水围岩的相互作用问题。岩

4、溶水师指存有于可溶性岩石(石灰岩、白云岩)的溶孔、溶洞和风蚀裂隙中的地下水。岩溶地下水运动的特点就是岩溶含水介质具备多重性,并且裂隙上涌与管道流共存,层流与湍流共存,线性与非线性流共存,已连续水流与边缘化水体共存。在隧洞施工过程中,由于岩溶发育且高压、富水,常产生岩溶地下水注重的灾变现象。岩溶涌水通常可以引致隧洞围岩稳定性快速上升,从而倒塌,给隧洞增添相同程度的危害。例如崭新水花隧道株六复线由于发生岩溶涌水引致围岩稳定性锐减,边墙及拱部均发生塌方,拱部格栅和群牧拱形发生下陷、烧毁,给施工的安全导致一定的危害。西坑1号隧洞深圳东部供水网络干线发生大量岩溶涌水使洞轴左侧100m以外的西坑村老屋地面

5、局部变形,水井枯萎,土房墙壁发生显著裂缝。岩溶含水系统可以分成四类,分别就是裂隙岩溶含水系统,管道岩溶含水系统,层间空隙岩溶含水系统,管道裂隙孔隙三重含水系统。1.2 岩溶洞隙溶洞的构成就是石灰岩地区地下水长期风蚀的结果,石灰岩里的不溶性的碳酸钙钢键和二氧化碳的促进作用能够转变为微溶碳酸氢钙。溶洞的发育情况、大小,以及方位边线对隧洞的围岩都存有相同程度的影响,在隧洞施工开凿过程中我们就时常可以碰到大型溶洞,例如坐落于黔桂两省交界上的南盘江的天生桥二级水电站,开凿后辨认出800m掩埋深下的隧洞中岩溶仍很发育,溶洞段上下游围岩很不光滑,岩体碎裂。又例如超过万铁路田家坡隧道因溶洞风蚀轻微,引致围岩倒

6、塌、沉积,严重影响了施工进度,减少了成本。渭河工程国际二标6号隧洞青羊渠至温岭区段,溶洞相继发生,影响隧洞围岩的稳定性,轻微弱化了管片的承载能力和防潮性能,影响过流能力。1.3 岩溶单薄堆积物岩溶单薄堆积物对水工隧洞稳定性影响的程度一方面依赖于岩溶单薄堆积物的体量的大小和堆积物本身的物理力学性能,另一方面和岩溶单薄堆积物与水工隧洞与否联通存有轻易关系。对于非联通的岩溶洞隙单薄堆积物对水工隧洞稳定性的影响主要整体表现为洞室与堆积物之间岩墙在堆积物荷载和内水压力促进作用下的稳定性问题。对于与水工隧洞联通的岩溶洞隙单薄堆积物,如果堆积物体量尺度大于洞室尺度,可以轻易按照单薄体土质围岩展开处置,否则须

7、要研究相同体量尺度堆积物对围岩稳定性的影响以及换填修整处置的最轻厚度,以满足用户在堆积物荷载和内水压力促进作用下的围岩的整体稳定性问题。2 研究现状目前,国内外对岩溶地区水工隧洞围岩稳定性的研究并不多。在国外,单独对岩溶的研究存有一些,如Rudolf Lied 2等通过一个繁杂模型方法对岩溶产生的掌控机制展开了研究,该模型包含了岩溶系统水力学,熔化动力学以及有关的流动阻力随其时间的减少。岩溶水力特征主要就是由高导水高存储的管道网络机制与在各种边界条件约束下低导水低存储的岩体相互作用所掌控,只有考量流动机制的耦合系统,就可以适度整体表现其他有关因素的促进作用;Gabrovsck3明确提出了一个用

8、作石灰岩岩溶含水层在长度和深度进化的新模型,即为对已经开始阶段,裂缝孔径只有50um,渗透系数就是10-7m/s的含水层岩体,施予以水源补足恒定的边界条件:运用石灰岩的非线性熔化动力学排序各时间段裂隙熔化拓展情况,从而获得含水层随其时间的进化,该模型也可以叙述洞穴随其时间的进化情况。Gabrovsck 对深30m、长200m的含水层利用该模型展开了排序,定性描述了岩溶水拓展机制。在国内,研究较多的就是岩溶对公路隧道围岩稳定性的影响,尤其就是岩溶洞隙的影响。如2003年赵明阶教授4-8等人就对该方面展开了大量的研究,在分析岩溶的发育特征和岩溶对大断面隧道工程的危害的基础上,创建岩溶隧道围岩稳定性

9、的概化模型,首次利用模型试验和数值分析通对岩溶区小断面公路隧道围岩中的相同发育程度的岩溶对围岩稳定性的影响展开了系统深入细致的研究,并融合尚无的工程实践经验构筑岩溶区隧道围岩稳定性的掌控方法和措施。研究得出结论了围岩变形与溶洞距离、方位、尺寸之间的非线性关系,并明确提出了岩溶区隧道围岩变形特征为全过程变形曲线的负空间效应段快速增长,阻尼段变长,而正空间效应段变小陡峭。围岩变形速率在开凿瞬间达至最小,并随溶洞的尺寸的减小而减小,而随溶洞距离的减小而增大。吴梦军9-10等也展开了一系列的大型相近模型试验和数值演示研究,也深入探讨了溶洞的发育程度和边线对围岩施工力学积极响应的影响,总结了岩溶地区公路

10、隧道围岩加速度场,塑性区等的一些原产规律。更多精品源自 试题 3 结论综上所述,国内外针对岩溶对水工隧洞围岩稳定性的影响的研究几乎就是空白,大都就是单独边缘化的分析岩溶或者隧洞,国内研究的比较多的就是岩溶洞隙对公路隧道的围岩稳定性影响,而水工隧洞与公路隧道还是有区别的,因为水工隧洞在投入使用后资金投入运营时洞内就是必须过水的。因此,我们还须要考量存有压隧洞的内水压力促进作用,也有可能除了内水外渗的问题,这些对围岩的平衡都存有非常大的影响。鉴于此,还可以从以下两方面展开研究:1)基于相同岩溶含水系统的耦合渗流模型,运用流固耦合理论,分别对具备裂隙岩溶含水系统、管道岩溶含水系统、层间孔隙岩溶含水系

11、统以及管道-裂隙-孔隙三重含水介质的水工隧洞围岩在有没有内水压力促进作用下的岩溶水围岩的相互作用机理展开数值演示,通过演示结果分析在岩溶水影响下的水工隧洞围岩变形规律与毁坏模式。2)依据岩溶的发育特征构筑岩溶洞隙对存有压水工隧洞围岩稳定性影响的概化模型,然后基于该概化模型,使用模型试验和数值演示方法就隧洞周边的相同尺寸、相同距离和相同方位的洞隙exiaodong压水工隧洞在存有、并无内水压力时的围岩稳定性展开系统研究,通过对研究成果的分析,赢得相同岩溶洞隙原产时存有压水工隧洞围岩变形规律与毁坏模式。参考文献1刘招伟,张民庆,王树仁.岩溶隧道灾变预测与复加技术.科学出版社,2007.2Rudol

12、f Liedl,Martin Sauter,Dirk Huckinghaus. Simulation of the development of karst aquifers using a coupled continuum pipe flow modleJ. Water Resources Research,2003(3):1057-1067.3Gabrovsck F,Dreybrodt W. A mode of the early evolutionof karst aquifers in limestone in the dimensions of length and depthJ.

13、 Journal of hydrology, 2001(240):206-224.4赵明阶,徐容,刘绪华,等.隧道顶部溶洞影响围岩平衡 性的模型试验研究J.地下空间,2003,23(2):153-157.5赵明阶,王学军,刘绪华,等. 隧道两端岩溶对围岩平衡 性影响的数值演示研究J.重庆建筑大学学报,2003,25(1): 6-10.6赵明阶,徐容,许锡宾.岩溶区全断面开凿隧道围岩变形 特性演示J.同济大学学报,2004,32(6):710-715.7赵明阶,徐容,许锡宾.岩溶区全断面开凿隧道围岩变形 规律及其监测J.同济大学学报,2004,32(7):866-871.8赵明阶,敖建华,刘绪华,等.岩溶尺寸对隧道围岩稳中求进 定性影响的模型试验研究J.岩石力学与工程学报,2004,23 (2):213-217.9吴梦军,徐锡宾,赵明阶,等.岩溶区公路隧道施工力学 积极响应研究J.岩石力学与工程学报,2004,23(9):1523-1529.10吴梦军,许锡宾,刘绪华,等,岩溶对公路隧道围岩稳中求进 定性的影响研究J.地下空间,2003,23(1):59-62.