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现代隧道技术 2015, Vol. 52 Issue (1) :45-54    DOI:
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近溶腔高压水工隧洞围岩应力位移弹性解
(1 华侨大学岩土工程研究所,厦门 361021; 2中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,徐州 221008)
Elastic Solution of Rock Stress and Displacement in a High-Pressure Hydraulic Tunnel Adjacent to a Karst Cavity
(1 Institute of Geotechnical Engineering, Huaqiao University, Xiamen 361021; 2 State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221008)
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摘要 考虑开挖及渗流影响的水工隧洞围岩稳定是一个重要课题,而近溶腔高压水工隧洞围岩应力位移研究是该课题的难点。据此,文章基于弹性假设理论,引入反溶腔作用系数,采用复势理论求解近溶腔水工隧洞开挖问题,获得围岩应力及位移解析表达式。将水工隧洞内水外渗的各影响因素简化为轴对称情况,并将渗流场以渗透体积力方式作用于应力场,采用平面应变理论求得正常运行期的过水公式,最后通过叠加原理求得弹性解。在满足挪威准则条件下,对比内水外渗前后的计算结果,依次探讨反溶腔作用系数、岩石孔隙水压力及埋深等的影响规律。分析结果表明:初次充水对围岩稳定起决定作用;反溶腔作用系数及埋深增大有助于围岩稳定;在岩石孔隙水压力影响下,溶腔一侧环向应力场出现大小值交换现象,而径向应力场并不出现该现象;近溶腔水工隧洞围岩偏压效应随着反溶腔作用系数的增大而弱化。
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关键词:   
Abstract: The stability of surrounding rocks in hydraulic tunnels under the effects of excavation and seepage is an important subject, for which the study on rock stress and displacement in high-pressure hydraulic tunnels adjacent to karst cavities is tough. In this paper, based on the elastic hypothetical theory, the karst cavity action coefficient and the complex potential theory are used to solve problems during excavation of the hydraulic tunnel adjacent to a karst cavity so that the analytical formula of rockmass stress and displacement is obtained. Each influential factor of water seepage out of the hydraulic tunnel is simplified to an axisymmetric case, and the effects of seepage fields are taken as a seepage body force acting on the stress fields. The plane strain theory is used to obtain a calculation formula to solve the water-filling problem during a normal operation period. Finally, an elastic solution is obtained by using the superposition principle. Based on the prerequisite of being in conformity with the Norway Criterion, the effects of the karst cavity action coefficient, rock-pore water pressure, and overburden are successively discussed by comparing the calculation results before and after water seeping out the tunnel. The analytical results show that the initial water filling plays a decisive role in rock stability; the increment of the karst cavity action coefficient and depth contributes to rock stability; under the influence of rock-pore water pressure, the circumferential stress field adjacent to the karst cavity presents a phenomenon of alternating higher values and lower values, which is not the case for the radial stress field; and the rock bias effect of the hydraulic tunnel adjacent to a karst cavity decreases with the increasing of the karst cavity action coefficient.
KeywordsKeywords High-pressure hydraulic tunnel,   Rock stability,   Karst cavity,   Seepage,   Complex potential theory,   Norway criterion     
出版日期: 2014-09-10
基金资助:

基金项目:国家自然科学基金项目(51374112);福建省自然科学基金资助(2014J01160);中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室开放基金项目(SKLGDUEK1304).

作者简介: 作者简介:蔡燕燕(1982-),女,博士,副教授,硕士生导师,主要从事岩土力学与试验方面的研究及教学工作,E-mail: yycai@hqu.edu.cn.
引用本文:   
蔡燕燕1, 2, 张建智1等 .近溶腔高压水工隧洞围岩应力位移弹性解[J]  现代隧道技术, 2015,V52(1): 45-54
CAI Yan-Yan-1, 2 , ZHANG Jian-Zhi-1 etc .Elastic Solution of Rock Stress and Displacement in a High-Pressure Hydraulic Tunnel Adjacent to a Karst Cavity[J]  MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY, 2015,V52(1): 45-54
链接本文:  
http://www.xdsdjs.com/CN/      或     http://www.xdsdjs.com/CN/Y2015/V52/I1/45
 
没有本文参考文献
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