充水溶洞对隧道围岩稳定性影响的数值模拟

为探讨充水溶洞中水压对隧道围岩稳定性的影响,利用岩石破坏过程渗流-应力-损伤耦合分析软件F-RFPA^(2D),对隧道底部含充水溶洞的围岩破坏过程进行数值模拟研究,并与岩体中存在裂隙时隧道围岩的破坏过程作对比。结果表明,水压的增加使溶洞与隧道间的岩体逐渐产生裂纹,并不断延伸,最终使隧道与充水溶洞贯通;岩体中裂隙的存在改变了裂纹的扩展方向,加速了隧道底部围岩的破坏进程;实际工程中应将隧道底部围岩垂直方向上的位移变化作为事故发生的前兆,制定相应的预防措施,避免事故的发生。

充水溶洞隧道围岩位移特征及影响因素研究

研究目的:随着交通事业的加速发展,在可溶岩地区修建隧道工程将会越来越多,岩溶水问题将越来越突出,成为影响线路方案、隧道施工和运营安全的重要因素。目前岩溶水对隧道围岩稳定性影响的研究还较少。本文以某高速公路岩溶隧道为背景,结合工程实践,对侧部存在充水溶洞的隧道在施工过程中的围岩位移及影响因素进行研究。研究结论:(1)隧道开挖后,隧道靠近溶洞侧侧向水平位移要远大于远离溶洞侧的水平位移,其中拱腰处水平位移最大;(2)当溶洞与隧道的净距逐渐增大时,隧道和溶洞特征位置的位移值均有不同程度的减小;(3)当溶洞尺寸逐渐变大时,隧道和溶洞特征位置的水平位移均有不同程度的增大且呈线性变化,竖向位移影响较小;(4)当溶洞内水压逐渐增大时,隧道特征位置的水平位移均有不同程度的增大且呈倒置的抛物线型变化,竖向位移呈线性变化但幅度较小;(5)本研究成果可为穿越富水岩溶区隧道的设计、施工和科研提供参考。

叙(永)大(村)铁路某高压充水溶洞隧道安全厚度数值模拟

以隧道前方高压充水溶洞为研究对象,将叙(永)大(村)铁路某岩溶隧道作为工程背景,采用数值模拟的研究手段,通过较为全面系统的模拟分析,研究多级水压,不同围岩级别条件下隧道围岩稳定性,确定隧道施工安全厚度值,并分析总结出水压因素是较围岩级别因素更主要影响安全厚度值的结论,为隧道的安全施工及灾害防治与预警提供借鉴与参考。

顶部隐伏充水溶洞隧道施工阶段围岩稳定性分析

结合某岩溶隧道施工过程,利用有限差分软件对顶部存在水压充填溶洞的某隧道围岩稳定性进行数值模拟研究,并将数值计算结果与现场监测结果进行比较分析。结果表明:围岩塑性区主要集中在隧道拱顶、仰拱底、拱腰和溶洞顶部处,溶洞顶部与隧道底部的塑性区有相互连通的趋势。随着隧道接近并通过充水溶洞,拱顶和墙脚两处围岩最大主应力先减小后增大,拱肩处一直增大,拱腰和仰拱底处先增大后减小,主应力最大值位于拱肩区域,其值约为3.0 MPa。

集水廊道顶部充水溶洞对围岩位移的影响——以石林水库为例

岩溶地区充水溶洞的存在对水工地下洞室的安全施工造成了很大的影响,研究充水溶洞对水工地下洞室围岩位移的影响,保证在岩溶地区安全地修建水工地下洞室是目前急需解决的问题。本文依托石林水库工程,采用有限元软件abaqus进行三维数值模拟,分析了不同大小和不同距离的顶部充水溶洞对集水廊道围岩位移的影响,得出以下结论,集水廊道顶部充水溶洞对廊道各特征点的位移有一定抑制作用,相比无溶洞时位移减小,廊道侧壁以上总体围岩位移与溶洞大小以及溶洞顶到廊道顶间竖直距离成反比,廊道底部总体围岩位移与溶洞大小成反比,与溶洞到廊道竖直距离成正比。

隧道底部充水溶洞对围岩破裂过程的影响分析

利用岩石破坏过程渗流-应力-损伤耦合分析软件F-RFPA2D,对底部含充水溶洞的隧道围岩破坏过程进行数值模拟研究。结果表明,随着充水溶洞中水压的增加,隧道与溶洞间的岩体中产生两条裂纹,裂纹分别向隧道两底脚延伸扩展,最终使隧道与溶洞发生贯通,造成隧道底板突水。隧道与溶洞间产生的破坏主要为拉伸破坏,且随着充水溶洞中水压的增加,声发射数量急剧增加,声发射能量也发生明显的增大,拉伸破坏的位置与宏观破坏位置一致。

断层-充水溶洞上不同装置三维高密度电阻率法正演模拟响应特征分析

高阻碳酸盐岩中的低阻断层和充水溶洞是岩溶区地下水勘查的主要目标体。根据高阻中找低阻的原则,建立碳酸盐岩类裂隙溶洞水赋存模式的断层-溶洞地电模型,利用RES3D软件进行温纳、施伦贝格、偶极-偶极三种采集装置的正反演模拟计算,从三维反演结果、剖面、电测深曲线三个维度,对比分析不同装置下断层-溶洞目标体的地电响应特征和规律。结果显示:(1)探测深度内,温纳、施伦贝格、偶极-偶极装置可有效识别断层及其上盘三倍于电极距规模的充水溶洞,无法分辨断层下盘二倍于电极距规模的充水溶洞;(2)相同模型和观测条件下,偶极-偶极装置对目标体的识别能力最强,其三维反演结果可识别溶洞下边界,剖面中形成左凸低阻圈闭异常,不同测深点的曲线类型、拐点、极值点与模型设计最为贴近,且拐点对应岩性界面,极值点位于地质体的中心深度。该工作对野外观测方式的选取和地质解译有一定指导意义。

顶部充水溶洞隧道施工围岩位移特征分析

选取忠垫高速公路某岩溶隧道为研究对象,建立岩溶隧道三维实体模型,利用软件FLAC3D对拱顶部存在充水溶洞的隧道施工过程中的围岩位移特征进行数值模拟研究,并将数值计算结果与现场监测结果进行了比较分析。研究结果表明:隧道拱顶处围岩竖向位移最大、拱肩处次之;水平位移以边墙部为最大,拱肩处水平位移先向隧道内变形,后向隧道外变形。

不同位置充水溶洞对隧道开挖临界拱圈影响的数值分析

为揭示不同空间位置溶洞对隧道开挖拱圈的受力情况及危险程度,采用数值模拟方法,建立了分布于隧道拱顶、拱腰、边墙、拱脚及拱底的5种充水溶洞模型,在渗流模式下进行耦合收敛计算。在每一种工况下,采用全断面法模拟隧道开挖,随着开挖步的推进,溶洞与隧道间围岩逐渐达到塑性区贯通,以此时的隧道开挖拱圈为临界拱圈,并在临界拱圈均匀设置孔隙水压力监测点,分别提取各监测点在模型渗流平衡状态与开挖至临界拱圈时的孔隙水压力,计算两者孔隙水压力相对变化率。根据风险等级,将孔隙水压力相对变化率划分为红、橙、黄三级范围,最终基于数值计算结果可确定各工况的临界拱圈危险分区。该研究成果可用以指导隧道在不同空间溶洞下的合理施工和安全措施布控。

宜万铁路云雾山隧道“+260”高压富水充填溶洞综合治理技术

介绍宜万铁路云雾山隧道"+260"高压富水充填溶洞形态、规模、工程地质、水文地质条件等地质特征,详细论述该溶洞的综合治理措施:排水减压、超前注浆预加固、超前管棚预支护、加强型复合式衬砌结构、隧底桩基础结构等。

瞬变电磁法在西南喀斯特地区充水型溶洞浅层勘察中的应用

基于等值反磁通原理的瞬变电磁法(TEM)将接收线圈置于反磁通平面,接收纯净的地下二次场,并以电阻率的差异来划分地层岩性及地质构造。充水型溶洞作为有限电导体,因其导电率高于周围碳酸盐岩,低阻异常明显,可作为其判识标志。阐述等值反磁通瞬变电磁法在新建铁路盘兴线保田车站特大桥岩溶勘探中的成功应用,证明瞬变电磁法在喀斯特地区溶洞浅层勘察中具有较好的适应性。

云雾山隧道“+260”高压富水充填溶洞综合治理

介绍了宜万铁路云雾山隧道“＋260”高压富水充填溶洞形态、规模、工程地质、水文地质条件等地质特征，详细论述了该溶洞的综合治理措施：排水减压、超前注浆预加固、超前管棚预支护、加强型复合式衬砌结构、隧底桩基础结构等。对类似溶洞的设计与施工具有一定的参考价值。

马鹿箐隧道富水半充填溶洞综合治理技术

介绍了宜万铁路马鹿箐隧道"PDK252+401"处富水半充填溶洞形态、规模、工程地质、水文地质条件等地质特征,详细论述了该溶洞的综合治理措施,为同类工程的施工提供了一定的经验。

溶洞充水类矿床水文地质勘探方法

本文根据溶洞充水类矿床的水文地质特征,结合矿区勘探与开采实践资料,在对矿床水文地质分类和矿坑水防治进行探讨基础上,提出了矿区水文地质工作应正确圈定区域含水层分布面积,查明矿层底板岩层富水性,评价矿坑水高压补给量及其与储存量的转化关系。勘探方法以大降深、大水量及较长时间的抽放水试验为主,辅以区域水文地质测绘、综合研究及动态观测等工作。

岩溶隧道溶洞泄水机理及工程实例分析

宜万铁路马鹿箐隧道出口2006年1月21日遭遇"978高压富水充填溶洞"突水突泥,瞬间涌水量达30万m3/h。为此,在隧道进口设置长约4700 m的泄水洞,以泄出溶洞内高压水,保证隧道施工及运营安全。溶洞泄水经历了钻孔泄水、高位支洞泄水、泄水洞低位泄水、泄水洞接通溶洞后自泄水4个阶段,通过分析监测数据,总结各阶段泄水机理。钻孔泄水能起到一定的泄水降压作用,但易受堵塞影响,泄水能力有限。高位支洞泄水能达到高位泄水作用,但受坡度影响,一旦遇到溶洞,施工风险高,难以继续施工,从而影响泄水功能。泄水洞接通溶洞,受地表强降雨诱导,使溶洞内充填物突出,疏导溶洞管道,溶洞疏通后,满足排水要求,泄水峰值流量与地表降雨量成相应的响应关系。

钟乳奇峰,人间洞天

本溪水洞位于辽宁省本溪市,距市区35公里,是世界上已知最长的地下充水溶洞,也是可供乘船游览的最长地下暗河之一。本溪水洞内分水、旱二洞,洞内深邃宽阔,最开阔处高38米,宽70米。洞内冬暖夏凉、空气流通,终年恒温在12℃。本溪水洞现已开发的地下暗河长达3000米,水流终年不竭,清澈见底。洞顶和岩壁遍布千姿百态的钟乳石,享有“钟乳奇峰景万千,轻舟碧水诗画间”“钟秀只应仙界有,人间独此一洞天”的美誉。

综合物探方法在隧道岩溶水害探测中的应用

隧道的岩溶突水灾害频繁发生,为了探明隧道岩溶分布,多种物探方法应用于隧道岩溶水害探测。本文利用大地电磁测深法、高密度电法和瞬变电磁法探测溆怀高速燕子洞隧道的岩溶分布。三种物探方法对根据地下介质的电阻率差异的地球物理特征,则充水溶洞是为低阻异常体。在大地电磁法的E1、E3测线,高密度电法的G1、G2测线,瞬变电磁的S1和S3测线有明显的异常反应,有效准确的探明的隧道的岩溶通道的分布情况。

小三峡岩溶隧道围岩防突层安全厚度有限元分析

针对小三峡隧道岩溶发育的工程地质特征,采用有限元方法建立典型隧道断面数值计算模型,分析充水溶洞位于隧道不同方位、不同距离时隧道围岩位移和塑性区变化规律,并结合围岩的位移变化情况和塑性区分布情况作为评价隧道围岩突水的判据,得出防止隧道围岩突水的岩层最小安全厚度。研究结果表明:在岩溶水压力作用下,当洞径比一定时,随着溶洞逐渐远离隧道,溶洞对隧道的影响在逐渐减弱;当间径比一定时,溶洞直径越大对隧道的影响越明显;同时根据围岩的位移和塑性区计算结果得到了隧道围岩最小防突厚度。研究成果可为小三峡隧道安全施工提供技术支撑。

人间独此一洞天:本溪水洞

本溪水洞是中国国家5A级警和景区,是世界正发现最长的水与石浑然天成的神秘洞穴求也是迄冷世界上罕现的可乘船游公览的地下暗河。数百万年前形,成了大型石灰岩充水溶洞洞内深邃宽阔:现开发地下暗河长三千米。水流终年不竭清澈见底,洞顶和岩壁钟乳石发育较好,千姿百态泛舟游览,使人流连忘返。

本溪水洞

本溪水洞是四五百万年前形成的大型充水溶洞，曾是古人类栖息的地方。走进本溪水洞，即可看见水旱洞，其中水洞深邃宽阔；旱洞曲折迷离。水洞大厅1000多平方米的水面上停泊着游船，泛舟方可游览水洞。条蜿蜒5800米的地下长河，有九曲银河之称，贯穿全洞。沿水洞前行，游客可观赏三峡、七宫、九湾等梦幻观。洞内水流终年不竭，平均水深1．5米，最深处7米，最浅处只有0．8米。新开发的500米暗河景观更是别有地。水洞内常年处于12℃的恒温，绝对的冬暖夏凉。旱洞也相当别致，全长300米，洞穴高低错落，洞中洞，各有洞天，洞顶和岩壁钟乳石多沿裂隙成群发育，呈现各式物象，不假修凿，自然成趣，宛若龙宫仙境。