稀疏裂隙岩体隧道涌水预测模型研究
发布时间：2022-02-22 10:34
断裂破碎带及宽张裂隙处涌水具有速度快和水量大等特点,严重威胁隧道施工安全。常见隧道涌水预测方法主要基于达西定律且忽略裂隙交叉处的局部损失,存在不能恰当描述裂隙型涌水通道内水流高速运动规律和绝对水头压力估计过大等问题,结果是涌水预测值与实测值相差巨大。针对裂隙型隧道高速涌水预测结果失真的问题,基于自然基金项目（41602241）,本文首先构建了单裂隙、交叉裂隙的物理模型,研究了裂隙内水流运动规律和裂隙交叉处局部水头损失的表达式;在此基础上,进一步构建裂隙网络的物理模型,研究裂隙网络流阻的表达与分布。基于前述研究成果,最后建立了考虑局部流阻的稀疏裂隙岩体隧道非达西流涌水预测模型,为准确预测裂隙型隧道涌水奠定了理论基础。选用长度70cm、厚度1.8cm的天然大理石岩块构建隙宽为1.17mm的单裂隙渗流试验模型,试验结果表明:裂隙中水流呈非达西流状态（Re=19856.4535633.80）;相较达西线性方程,Forchheimer方程由于同时具有粘性项和惯性项,能更好地描述裂隙中水流的运动规律。选用长度70cm、厚度1.8cm的天然大理石岩块构建30°、60°和90°的...
【文章来源】：西南交通大学四川省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 裂隙岩体中渗流的研究
1.2.2 隧道涌水预测的研究
1.3 课题研究目的、内容及技术路线
1.3.1 研究目的
1.3.2 研究内容
1.3.3 研究方法
1.3.4 技术路线
1.4 论文创新性
第二章 试验方案与设计
2.1 试验材料与装置
2.1.1 试验材料
2.1.2 试验装置
2.1.3 试验构建
2.2 试验方法
2.2.1 试验数据测量
2.2.2 分析方法
第三章 裂隙渗流与局部损失研究
3.1 裂隙渗流规律
3.1.1 单裂隙渗流
3.1.2 交叉裂隙水力参数
3.2 局部流阻
3.2.1 经验表达式求解
3.2.2 局部流阻比例分析
3.3 本章小结
第四章 裂隙网络渗流与网络流阻研究
4.1 裂隙网络渗流规律研究
4.1.1 工况一:1#进、3#出
4.1.2 工况二:1#进、3#和4#出
4.1.3 工况三:1#和2#进、3#出
4.1.4 工况四:1#和2#进、3#和4#出
4.2 网络流阻表达式求解
4.3 本章小结
第五章 裂隙网络渗流及涌水预测模型研究
5.1 单裂隙岩体预测模型
5.2 交叉裂隙岩体预测模型
5.3 网络裂隙岩体预测模型
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]岩石粗糙裂隙大范围雷诺数条件下渗流特性[J]. 刘杰,王者超,张宇鹏,孙华阳. 山东大学学报(工学版). 2019(04)
[2]具有不同转折角度的复杂单裂隙水头损失试验研究[J]. 张春艳,束龙仓,张帅领. 水文地质工程地质. 2019(02)
[3]不同侧压力系数下裂隙网络岩体非线性渗流特性[J]. 尹乾,靖洪文,刘日成,苏海健,蔚立元,王迎超. 岩土力学. 2019(02)
[4]粗糙岩石裂隙低速非线性渗流模型及试验验证[J]. 熊峰,孙昊,姜清辉,叶祖洋,薛道锐,刘乳燕. 岩土力学. 2018(09)
[5]宽隙比及粗糙度对交叉裂隙高速非达西偏流效应的影响[J]. 杨欢欢,王媛,高玮,牛玉龙. 科学技术与工程. 2018(07)
[6]隧道涌水量预测计算方法总结探讨[J]. 刘佳,刘哂搏,曹文翰,张强. 甘肃水利水电技术. 2018(02)
[7]隧道涌水预测方法及防治对策研究[J]. 徐明飞,张国珍,张洪伟,崔圣达. 地下水. 2018(01)
[8]穿越富水断层深埋引水隧洞涌水量预测研究[J]. 朱彬彬,董道军,吴立,吴义,郝勇. 铁道科学与工程学报. 2017(11)
[9]光滑单裂隙高速非达西流数值模拟[J]. 张文娟,张苏俊. 建筑技术开发. 2017(20)
[10]断层突水非线性渗流-应力耦合研究[J]. 郭惟嘉,赵金海,尹立明,江宁. 山东科技大学学报(自然科学版). 2017(06)
博士论文
[1]沪蓉西高速公路乌池坝岩溶隧道涌水成灾机理研究[D]. 王国斌.中国地质大学 2012
[2]水泥基速凝浆液地下工程动水注浆扩散封堵机理及应用研究[D]. 刘人太.山东大学 2012
[3]地下工程动水注浆过程中浆液扩散与封堵机理研究及应用[D]. 张霄.山东大学 2011
硕士论文
[1]山岭地区深埋隧道围岩破碎带涌水量预测[D]. 帅威.重庆交通大学 2017
[2]高家湾特长隧道岩溶区段涌水量预测与评价[D]. 谢立均.西南交通大学 2017
[3]鹫峰山隧道涌水量预测预报研究[D]. 徐承宇.西南交通大学 2016
[4]矿山突水非达西流模型及初步应用[D]. 杨斌.东北大学 2015
本文编号：3639278
【文章来源】：西南交通大学四川省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 裂隙岩体中渗流的研究
1.2.2 隧道涌水预测的研究
1.3 课题研究目的、内容及技术路线
1.3.1 研究目的
1.3.2 研究内容
1.3.3 研究方法
1.3.4 技术路线
1.4 论文创新性
第二章 试验方案与设计
2.1 试验材料与装置
2.1.1 试验材料
2.1.2 试验装置
2.1.3 试验构建
2.2 试验方法
2.2.1 试验数据测量
2.2.2 分析方法
第三章 裂隙渗流与局部损失研究
3.1 裂隙渗流规律
3.1.1 单裂隙渗流
3.1.2 交叉裂隙水力参数
3.2 局部流阻
3.2.1 经验表达式求解
3.2.2 局部流阻比例分析
3.3 本章小结
第四章 裂隙网络渗流与网络流阻研究
4.1 裂隙网络渗流规律研究
4.1.1 工况一:1#进、3#出
4.1.2 工况二:1#进、3#和4#出
4.1.3 工况三:1#和2#进、3#出
4.1.4 工况四:1#和2#进、3#和4#出
4.2 网络流阻表达式求解
4.3 本章小结
第五章 裂隙网络渗流及涌水预测模型研究
5.1 单裂隙岩体预测模型
5.2 交叉裂隙岩体预测模型
5.3 网络裂隙岩体预测模型
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]岩石粗糙裂隙大范围雷诺数条件下渗流特性[J]. 刘杰,王者超,张宇鹏,孙华阳. 山东大学学报(工学版). 2019(04)
[2]具有不同转折角度的复杂单裂隙水头损失试验研究[J]. 张春艳,束龙仓,张帅领. 水文地质工程地质. 2019(02)
[3]不同侧压力系数下裂隙网络岩体非线性渗流特性[J]. 尹乾,靖洪文,刘日成,苏海健,蔚立元,王迎超. 岩土力学. 2019(02)
[4]粗糙岩石裂隙低速非线性渗流模型及试验验证[J]. 熊峰,孙昊,姜清辉,叶祖洋,薛道锐,刘乳燕. 岩土力学. 2018(09)
[5]宽隙比及粗糙度对交叉裂隙高速非达西偏流效应的影响[J]. 杨欢欢,王媛,高玮,牛玉龙. 科学技术与工程. 2018(07)
[6]隧道涌水量预测计算方法总结探讨[J]. 刘佳,刘哂搏,曹文翰,张强. 甘肃水利水电技术. 2018(02)
[7]隧道涌水预测方法及防治对策研究[J]. 徐明飞,张国珍,张洪伟,崔圣达. 地下水. 2018(01)
[8]穿越富水断层深埋引水隧洞涌水量预测研究[J]. 朱彬彬,董道军,吴立,吴义,郝勇. 铁道科学与工程学报. 2017(11)
[9]光滑单裂隙高速非达西流数值模拟[J]. 张文娟,张苏俊. 建筑技术开发. 2017(20)
[10]断层突水非线性渗流-应力耦合研究[J]. 郭惟嘉,赵金海,尹立明,江宁. 山东科技大学学报(自然科学版). 2017(06)
博士论文
[1]沪蓉西高速公路乌池坝岩溶隧道涌水成灾机理研究[D]. 王国斌.中国地质大学 2012
[2]水泥基速凝浆液地下工程动水注浆扩散封堵机理及应用研究[D]. 刘人太.山东大学 2012
[3]地下工程动水注浆过程中浆液扩散与封堵机理研究及应用[D]. 张霄.山东大学 2011
硕士论文
[1]山岭地区深埋隧道围岩破碎带涌水量预测[D]. 帅威.重庆交通大学 2017
[2]高家湾特长隧道岩溶区段涌水量预测与评价[D]. 谢立均.西南交通大学 2017
[3]鹫峰山隧道涌水量预测预报研究[D]. 徐承宇.西南交通大学 2016
[4]矿山突水非达西流模型及初步应用[D]. 杨斌.东北大学 2015
本文编号：3639278
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