富水山岭地区邻近补水断层隧道结构上的水头分布解析求解

作者：张治国; 汪嘉程; 赵其华; 张孟喜; 王志伟; 孙良倩; 张俊儒

来源：岩石力学与工程学报, 2020, S2: 3378-3394.

DOI：10.13722/j.cnki.jrme.2019.0920

• 隧道工程
• 山岭隧道
• 补水断层
• 渗流场
• 水头分布
• 镜像法

山岭地区隧道经常处于高水头区域,且多断层。目前,针对高远场水头和补水断层积水水头联合作用下的深埋隧道围岩渗流场研究还较少。为了探究在地下水远场水头和补水断层水头联合作用下隧道结构上水头大小及不均匀分布影响,从而为隧道加固设计提供理论依据,基于镜像法和渗流理论得到了富水区山岭深埋圆形隧道衬砌、注浆圈和围岩等关键位置的隧道排水量和水头变化规律,同时引入了水头差参数来求解隧道结构上的水头不均匀分布规律。采用有限元数值模拟方法对相关地质工况进行数值模拟,并将数值模拟结果与理论解析结果进行对比分析,得到了较好的一致性。此外,着重分析补水断层水头大小、断层与隧道的距离、衬砌设置排水沟后的排水量以及断层倾角等参数对邻近补水断层区域隧道结构上水头分布规律的影响。主要研究结果表明:(1)隧道结构上的水头随着补水断层水头的增大而增大,但是不均匀分布减弱;(2)隧道结构上的水头和不均匀分布都随着断层与隧道中心距离的增大而减小;(3)断层倾角主要影响隧道结构上水头的不均匀分布,距隧道中心同一圆周处隧道结构上的水头最大点与最小点的连线始终与断层保持垂直。研究结果可为富水山岭地区以及存在断层等不良地质环境的隧道开挖和运营提供一定的理论依据。

• 单位
  上海大学; 中国铁道科学研究院; 上海理工大学; 高速铁路轨道技术国家重点实验室; 中铁十二局集团第一工程有限公司; 西南交通大学; 土木工程学院; 成都理工大学; 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室