CN107941671B - 富水区裂隙岩体隧道衬砌水压力分布试验模拟方法 - Google Patents
富水区裂隙岩体隧道衬砌水压力分布试验模拟方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107941671B CN107941671B CN201711106429.9A CN201711106429A CN107941671B CN 107941671 B CN107941671 B CN 107941671B CN 201711106429 A CN201711106429 A CN 201711106429A CN 107941671 B CN107941671 B CN 107941671B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- water
- water pressure
- section
- pipe
- polypropylene
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 305
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 107
- 238000009826 distribution Methods 0.000 title claims abstract description 60
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 52
- 238000004088 simulation Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 67
- -1 polypropylene Polymers 0.000 claims description 67
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 67
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 39
- 239000004746 geotextile Substances 0.000 claims description 36
- 239000011083 cement mortar Substances 0.000 claims description 35
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims description 32
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 22
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 claims description 12
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 9
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 7
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 6
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 claims description 6
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 6
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 4
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000004575 stone Substances 0.000 claims description 4
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 238000003823 mortar mixing Methods 0.000 claims description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 3
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 3
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 2
- 230000000979 retarding effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 9
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 4
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 3
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/38—Concrete; Lime; Mortar; Gypsum; Bricks; Ceramics; Glass
- G01N33/383—Concrete or cement
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Immunology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Lining And Supports For Tunnels (AREA)
- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
Abstract
本发明公开了富水区裂隙岩体隧道衬砌水压力分布试验模拟方法,属于隧道受力模拟领域,包括以下步骤:(一),制作试验模型,模拟裂隙岩体隧道衬砌和围岩的具体结构;(二),向模型内注水,使模型水压力基本保持恒定;(三),对模型中的待测点的水压力值和衬砌的排水量进行测定;(四),对水压力数据处理。按照本发明方法可得到衬砌水压力分布图,准确且直观的分析衬砌背后、裂隙面上及围岩中水压力分布特征。
Description
技术领域
本发明涉及隧道受力模拟领域,尤其是一种隧道衬砌水压力分布模拟。
背景技术
根据我国发展战略的需要,对交通基础建设的需求在日益增加,铁路、公路路网的完善是交通基础建设中的重点,而路网的完善要不可避免的修建大量的山岭隧道。特别是我国西部地区,多山且地质构造复杂,丰富的地下水为隧道的修建带来技术难题,尤其是在有裂隙的山体中修建大埋深隧道,衬砌往往需要承受高水压,这对隧道结构非常不利。为了降低衬砌水压力,目前主要采用的是“以堵为主,限量排放”的治水方案,在不影响当地生态环境的同时,可以有效的降低衬砌水压力。高水压富水地区不仅隧道的修建非常困难,已建成的隧道,运营中时常有衬砌结构变形、开裂、破坏等病害发生,主要原因是隧道衬砌承受较大的水压力。在“以堵为主,限量排放”的治水方案下,隧道结构必定要受到地下水的影响,因此,试验研究在高水压下衬砌背后水压力分布特征显得尤为重要。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种富水区裂隙岩体隧道衬砌水压力分布试验模拟方法,得到衬砌水压力分布图,准确且直观的分析衬砌背后、裂隙面上及围岩中水压力分布特征。
为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:
富水区裂隙岩体隧道衬砌水压力分布试验模拟方法,包括以下步骤:
(一),制作试验模型,模拟裂隙岩体隧道衬砌和围岩的具体结构;
(二),向模型内注水,使模型水压力基本保持恒定;
(三),对模型中的待测点的水压力值和衬砌的排水量进行测定;
(四),对水压力数据处理。
本发明技术方案的进一步改进在于:制作试验模型的步骤包括:
1),制作内夹土工布的水泥砂浆的试样,对试样进行渗透系数测试,根据试样渗透系数的测试结果选择合适的水泥砂浆配合比和土工布厚度;
2),制作长方体的模型箱,实物与模型按照1:50比例进行缩小模拟,安装穿透模型箱两个相对侧壁的聚丙烯管,在聚丙烯管圆周外安装沿着聚丙烯管长度方向的纵向盲管和围绕聚丙烯管圆周的环向盲管,环向盲管与纵向盲管连通,纵向盲管与聚丙烯管内连通;
3),在模型箱内布置模拟裂隙的土工布,在待测点上布置孔隙水压力计并进行编号;
4),将水泥砂浆浇筑到模型箱内,将模型箱上端用顶盖封闭。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述步骤1)的具体过程为:
a,制作试样,选取32.5矿渣硅酸盐水泥、粒径为0~3mm的中砂,150g和300g规格的土工布,按照水泥和砂比例为1:1比例搅拌成水泥砂浆,将水泥砂浆分别与150g、300g规格的土工布制作成带裂隙的砂浆试件;
b,使用水钻法用岩石取芯机在制作好的砂浆试件上取样,取样为圆柱状,且使制作的裂隙面过试样圆柱圆心;
c,用双端面磨平机对试样进行打磨,然后用磨刀石对试样进行手工磨平,确保岩样两端面光滑平整;
d,采用岩石渗透分析仪对试样的渗透系数进行测定,选取渗透系数更稳定的150g规格的土工布和水泥砂浆制作围岩和模拟裂隙。
本发明技术方案的进一步改进在于:土工布按照模拟试验的内容进行布置,模拟一条贯通裂隙时按照垂直于聚丙烯管的长度方向平行布置一面土工布,截取三个平行于土工布的断面,分别为两端的断面1-1、断面1-3和中间的断面1-2,所述断面1-2与土工布重合,断面1-1经过环向盲管,断面1-1、断面1-3和中间的断面1-2上设置有孔隙水压力计;
模拟两条平行贯通裂隙时按照垂直于聚丙烯管的长度方向平行布置两面土工布,截取三个平行于土工布的断面,分别为两端的断面2-1、断面2-3和中间的断面2-2,所述断面2-1和断面2-3与土工布重合,断面2-1和断面2-3经过环向盲管,断面2-1、断面2-3和中间的断面2-2上设置有孔隙水压力计。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述断面1-2、断面2-1和断面2-3上围绕聚丙烯管圆周设置有多个孔隙水压力计,断面1-2、断面2-1和断面2-3上平行于聚丙烯管径向设置有三竖排孔隙水压力计;断面1-1、断面1-3、断面2-2上沿着聚丙烯管径向设置一竖排孔隙水压力计。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述步骤(三)的测定要求为在不同的水压下使用计算机每隔2min记录一次各测点应变值,连续监测并记录,10次为一组,并收集每组内衬砌的排水量,每个测点测多组,求其平均值。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述步骤(四)根据步骤(三)的测定结果画出各个测点的水压力分布图,得到衬砌背后及衬砌围岩的水压力分布情况。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述实验模型包括长方体模型箱,所述模型箱中下部设置有穿透模型箱两个相对侧壁的、模拟衬砌的聚丙烯管,聚丙烯管外圆周上设置有泄水孔,所述模型箱内的聚丙烯管圆周外设置有沿着聚丙烯管长度方向的纵向盲管和围绕聚丙烯管圆周的环向盲管,环向盲管与纵向盲管连通,纵向盲管与聚丙烯管内连通,模型箱内布置有模拟裂隙的土工布和孔隙水压力计,所述孔隙水压力计与静态应变仪连接,所述静态应变仪与计算机连接,所述聚丙烯管、纵向盲管、环向盲管、土工布四周设置由水泥砂浆浇筑而成的模拟岩体的长方体围岩,所述模型箱顶部设置有密封顶盖,所述顶盖上通过进水口连接有与水源连通的高压水管,高压水管上设置有调压阀门,所述顶盖上还设置有测量模型箱内顶面水压的压力表,所述模型箱底部设置有排水阀门。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述纵向盲管和环向盲管均使用弹簧包纱布模拟,孔隙水压力计外用纱布进行包裹,所述聚丙烯管外用纱布包裹。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述围岩顶部低于顶盖。
由于采用了上述技术方案,本发明取得的技术进步是:
本发明在不同的围岩顶面水压和围岩底面边界不透水和透水条件下,用静态应变仪测出各测点的水压力值,并量测隧道内单位时间的排水量,将得到水压力值绘制成水压力分布图,计算出各点的水压力作用系数,分析衬砌背后、裂隙面上及围岩中水压力分布特征。
制作水泥砂浆和土工布的试样,从中选出渗透系数最稳定的土工布和水泥砂浆,更加接近于实际工况,确保模拟真实,得到数据更加可靠。
纵向盲管和环向盲管均适用弹簧包纱布模拟,把纱布包在弹簧上来制作排水***,可有效的保证排水***的畅通。孔隙水压力计外用纱布进行包裹,避免围岩的浇筑过程中,砂浆堵塞预埋在围岩中孔隙水压力计上的透水石。
模拟箱内孔隙水压力计的布置保证了衬砌背后、裂隙面上及围岩中的水压力全部获取,为试验结果提供完整和全面的数据支撑。
附图说明
图1是隧道排水、围岩底面边界不透水、6.25MPa下断面1-1水压力分布;
图2是隧道排水、围岩底面边界不透水、6.25MPa下断面1-2水压力分布;
图3是隧道排水、围岩底面边界不透水、6.25MPa下断面1-3水压力分布;
图4是隧道排水、围岩底面边界透水、6.40MPa下断面1-1水压力分布;
图5是隧道排水、围岩底面边界透水、6.40MPa下断面1-2水压力分布;
图6是隧道排水、围岩底面边界透水、6.40MPa下断面1-3水压力分布;
图7是隧道不排水、围岩底面边界不透水、6.10MPa下断面2-1水压力分布;
图8是隧道不排水、围岩底面边界不透水、6.10MPa下断面2-2水压力分布;
图9是隧道不排水、围岩底面边界不透水、6.10MPa下断面2-3水压力分布;
图10是隧道不排水、围岩底面边界透水、6.10MPa下断面2-1水压力分布;
图11是隧道不排水、围岩底面边界透水、6.10MPa下断面2-2水压力分布;
图12是隧道不排水、围岩底面边界透水、6.10MPa下断面2-3水压力分布;
图13是隧道排水、围岩底面边界不透水、6.15MPa下断面2-1水压力分布;
图14是隧道排水、围岩底面边界不透水、6.15MPa下断面2-2水压力分布;
图15是隧道排水、围岩底面边界不透水、6.15MPa下断面2-3水压力分布;
图16是隧道排水、围岩底面边界透水、6.15MPa下断面2-1水压力分布;
图17是隧道排水、围岩底面边界透水、6.15MPa下断面2-2水压力分布;
图18是隧道排水、围岩底面边界透水、6.15MPa下断面2-3水压力分布;
图19是模型箱结构示意图;
图20是一条贯穿裂隙的结构示意图;
图21是两条平行贯穿裂隙的结构示意图;
图22是断面1-2、断面2-1、断面2-3上孔隙水压力计的排布示意图;
图23是断面1-1、断面1-3、断面2-2上孔隙水压力计的排布示意图;
其中,1、模型箱,2、聚丙烯管,3、纵向盲管,4、环向盲管,5、土工布,6、孔隙水压力计,7、围岩,8、顶盖,9、高压水管,10、压力表,11、阀门a,12、阀门b,13、阀门c,14、阀门d,15、泄水孔。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明:
如图1~23所示,富水区裂隙岩体隧道衬砌水压力分布试验模拟方法,其特征在于包括以下步骤:
(一),制作试验模型,模拟裂隙岩体隧道衬砌和围岩的具体结构。
制作试验模型的步骤包括:
1),制作内夹土工布的水泥砂浆的试样,对试样进行渗透系数测试,根据试样渗透系数的测试结果选择合适的水泥砂浆配合比和土工布厚度。
具体的包括:
a,制作试样,选取32.5矿渣硅酸盐水泥、粒径为0~3mm的中砂,150g和300g规格的土工布,按照水泥和砂比例为1:1比例搅拌成水泥砂浆,将水泥砂浆分别与150g、300g规格的土工布制作成带裂隙的砂浆试件,试件的尺寸为长×宽×高=400mm×200mm×80mm;
b,使用水钻法用岩石取芯机在制作好的砂浆试件上取样,取样为圆柱状,取样直径为50mm,高度为80mm(非标准试样),且使制作的裂隙面过试样圆柱圆心;
c,由于试样端面不平整,且非标准试样,需要把非标准试样修整为标准试样,首先用双端面磨平机,对试样进行打磨,然后用磨刀石对试样进行手工磨平,确保岩样两端面光滑平整,最终得到直径为50mm,高度为50mm的标准试样;
制作出的二种标准试样依次为:用150g规格的土工布和水泥砂浆制作出带裂隙的标准试样,用300g规格的土工布和水泥砂浆制作出带裂隙的标准试样。经测量用150g规格的土工布和水泥砂浆制作成试样的裂隙宽度为1mm,300g规格的土工布和水泥砂浆制作成试样的裂隙宽度为2mm,裂隙面的宽为50mm,高为50mm。
d,采用HYS-4型岩石渗透分析仪对试样的渗透系数进行测定,该渗透仪用于渗透试验的恒压***,具有较高的精度。
从砂浆试件中取出一个无裂隙的标准试样,经测定,无裂隙试样在28h内不透水,和裂隙的渗透系数相比,水泥砂浆的渗透系数非常小,可视为不透水材料,适合用来模拟围岩;150g规格的土工布和水泥砂浆制作成的裂隙与300g规格的比较,渗透系数更稳定,且渗透系数的大小满足后期试验的需要,因此后期试验中,用150g的土工布模拟裂隙。其中水泥砂浆浇筑后水化热严重,水泥砂浆水化热过高,会影响埋在其中孔隙水压力计的精确度,故在两条贯通裂隙岩体隧道衬砌水压力分布特征试验时,需要采取措施降低水化热,主要从以下三个方面进行:加入胶凝材料质量1%的羧酸高效减水剂(缓凝型),保证砂浆强度、和易性不变的情况下,可减少20%水用量;降低砂浆浇筑温度,通过降低拌合水的温度来降低砂浆浇筑温度,可使砂浆的浇筑温度降低10℃左右;加入粉煤灰,减小水泥的掺量,加入水泥用量30%的粉煤灰,使水泥:砂:粉煤灰:水=1:2:0.3:0.54,每立方砂浆中,水泥521kg,砂1042kg,粉煤灰157kg,水280kg。
2),制作长方体的模型箱,实物与模型按照1:50比例进行缩小模拟,安装穿透模型箱两个相对侧壁的聚丙烯管,在聚丙烯管圆周外安装纵向盲管和环向盲管,纵向盲管沿着聚丙烯管长度方向设置在聚丙烯管两侧靠底部的位置,环向盲管沿着聚丙烯管外圆周布置有多个,环向盲管与纵向盲管相连通,纵向盲管与聚丙烯管连通。纵向盲管和环向盲管均包括内部的弹簧,弹簧外包裹纱布;
以单线隧道为例,假定隧道开挖断面半径为5.62m,围岩模拟范围取4倍洞泾,衬砌外20m,隧道纵向长度取100m,则原型长方体围岩尺寸为:长×宽×高=100m×50m×50m。考虑到测量元件布置方便,取几何相似比CL=50,则围岩模型尺寸为:长×宽×高=2m×1m×1m。围岩用水泥砂浆模拟,裂隙用土工布和水泥砂浆制作,隧道衬砌用外径为20cm的聚丙烯管模拟,纵向盲管用外径为4mm的弹簧包纱布模拟,环向盲管用外径为2mm的弹簧包纱布模拟,防水板用在聚丙烯管上包纱布模拟,用实验室内稳定的水头模拟原型水头。
3),在模型箱内布置模拟裂隙的土工布,在待测点上布置孔隙水压力计并进行编号;
孔隙水压力计标定值的准确与否,对试验结果的可靠度产生直接影响,试验前对孔隙水压力计进行标定,以保证在后期数据处理中,能得到精确的水压力值。
土工布按照模拟试验的内容进行布置,模拟一条贯通裂隙时按照垂直于聚丙烯管的长度方向平行布置一面土工布,截取三个平行于土工布的断面,分别为两端的断面1-1、断面1-3和中间的断面1-2,所述断面1-2与土工布重合,断面1-1经过环向盲管。断面1-2上围绕聚丙烯管圆周设置有多个孔隙水压力计,断面1-2上还设置三竖排平行的孔隙水压力计,中间一竖排与聚丙烯管径向重合。断面1-1、断面1-3上沿着聚丙烯管径向设置一竖排孔隙水压力计。
模拟两条平行贯通裂隙时按照垂直于聚丙烯管的长度方向平行布置两面土工布,截取三个平行于土工布的断面,分别为两端的断面2-1、断面2-3和中间的断面2-2,所述断面2-1和断面2-3与土工布重合,断面2-1和断面2-3经过环向盲管。断面2-1和断面2-3上围绕聚丙烯管圆周设置有多个孔隙水压力计,断面2-1和断面2-3上还设置三竖排平行的孔隙水压力计,中间一竖排与聚丙烯管径向重合,断面2-2上沿着聚丙烯管径向设置一竖排孔隙水压力计。其中所有孔隙水压力计进行编号处理。
4),将水泥砂浆浇筑到模型箱内,将模型箱上端用顶盖封闭。
其中实验模型包括长方体模型箱1,模型箱1中部设置有穿透模型箱1两个相对侧壁的、模拟衬砌的聚丙烯管2,聚丙烯管2一端封闭,另一端敞开用于排水,聚丙烯管2外圆周上设置有泄水孔15,泄水孔15沿着聚丙烯管2长度方向设置有一排,聚丙烯管2敞开的一端下方设置量筒,配备秒表后可用量筒和秒表测定渗水量和时间。聚丙烯管2外包裹纱布,在聚丙烯管上包纱布模拟的是隧道二衬与初支之间土工布和防水板层的地下水渗流。
模型箱1内的聚丙烯管2圆周外设置有纵向盲管3和环向盲管4,纵向盲管3沿着聚丙烯管2长度方向设置在聚丙烯管2两侧靠底部的位置,环向盲管4沿着聚丙烯管2外圆周布置有多个,环向盲管4与纵向盲管3相连通,纵向盲管3与聚丙烯管2连通。密封箱1内布置有模拟裂隙的土工布5和孔隙水压力计6,孔隙水压力计6外用纱布进行包裹,孔隙水压力计6与静态应变仪连接,静态应变仪与计算机连接,聚丙烯管2、纵向盲管3、环向盲管4、土工布5四周设置由水泥砂浆浇筑而成的模拟岩体的长方体围岩7。
模型箱1顶部设置有密封顶盖8,围岩顶部低于模型箱顶盖8。顶盖8上通过进水口连接有与水源连通的高压水管9,高压水管9上设置有调压阀门,调节阀门包括水源出口阀门a11和阀门b12,阀门a11设置在水源出口处,阀门b12设置在高压水管9面的分支管路上,分支管路作为一个出水口与外界连通,进水口处还设置有阀门d14,试验时打阀门d14和阀门a11,不断的向密闭模型试验箱注水,水压的大小通过水源出水口阀门a11和阀门b12共同调节。顶盖上还设置有阀门c13,阀门c13的作用是平衡气压,试验开始往模型箱内注水时打开,待箱体内水注满时关闭。顶盖8上还设置有测量模型箱1内的围岩顶面的水压的压力表10,模型箱1底部设置有8个排水阀门,控制底部的排水,通过控制排水阀门的开关,来模拟围岩在不同透水边界条件下的渗流场。
(二),向模型内注水,使模型水压力基本保持恒定;
打开进水口阀门d14、平衡箱体内气压的阀门c13,然后打开水源出水口阀门a11开始往模型箱内注水;待水注满后,关掉阀门c13,通过调节水源出水口阀门a11和阀门b12,使得水压渗流稳定。
(三),对模型中的待测点的水压力值和衬砌的排水量进行测定;
待水压渗流稳定后,记录静态应变仪上的数据,同时用量筒和秒表测定渗水量和时间,并记录数据。
具体测定要求为在不同的水压下使用计算机每隔2min记录一次各测点应变值,连续监测并记录,10次为一组,并收集每组内衬砌的排水量,每个测点测多组,求其平均值。
(四),对水压力数据处理。
根据步骤(三)的测定结果画出各个测点的水压力分布图,得到衬砌背后及围岩内的水压力分布情况。
以一组数据为例进行详细说明:
一条贯通裂隙岩体隧道试验水压力分布特征
一条贯通裂隙岩体隧道试验中,待围岩顶面水压和围岩中渗流稳定后,用计算机每隔2min记录一次各测点应变值,连续监测并记录,10次为一组,并收集每组(20min)内衬砌的排水量。每个测点测3组,求其平均值,得到:
(1)隧道排水、围岩底面边界不透水条件下,水压表在0.121MPa下各测点的水压力值和衬隧道排水量,见表4-1;
(2)隧道排水、围岩底面边界透水条件下,水压表在0.124MPa下各测点的水压力值和隧道排水量,见表4-4。
表4-1水压表在0.121MPa下各测点水压力值和隧道排水量
表4-4水压表在0.124MPa下各测点水压力值和隧道排水量
水压力数据处理与分析
水压力数据处理,按各自的相似比换算成原型来讨论。把上述表4-1、表4-4中得到的水压力值换算成原型绘制成水压力分布图,见图1~6。
两条贯通裂隙岩体隧道试验水压力分布特征
(1)隧道不排水、围岩底面边界不透水条件下,水压表在0.118MPa下各测点的水压力值,见表4-10;
(2)隧道不排水、围岩底面边界透水条件下,水压表在0.118MPa下各测点的水压力值,见表见表4-13;
(3)隧道排水、围岩底面边界不透水条件下,水压表在0.119MPa下各测点的水压力值和隧道排水量,见表4-15;
(4)隧道排水、围岩底面边界透水条件下,水压表在0.119MPa下各测点的水压力和隧道排水量,见表4-18。
其中为了使得隧道不透水可以在隧道内灌注水泥砂浆,将隧道封堵。
表4-10水压表在0.118MPa下各测点水压力值MPa
表4-13水压表在0.118MPa下各测点水压力值MPa
表4-15水压表在0.119MPa下各测点水压力值和隧道排水量
表4-18水压表在0.119MPa下各测点水压力值和隧道排水量
水压力数据处理与分析
水压力数据处理,按各自的相似比换算成原型来讨论。把上述表4-10、表4-13、表4-15、表4-18中得到的水压力值换算成原型绘制成水压力分布图,见图7~18。
根据数据得出结论:
衬砌背后水压力分布特征:
①一条贯通裂隙岩体隧道衬砌背后水压力分布特征为:
(a)随着围岩顶面水压力的增大,衬砌背后水压力作用系数逐渐减小。
(b)隧道排水时,围岩底面边界不透水比围岩底面边界透水水压力作用系数减小39.9%,说明围岩底面边界透水条件是影响衬砌水压力的一个因素。
②两条平行贯通裂隙岩体隧道衬砌背后水压力分布特征为:
(a)当隧道不排水、围岩底面边界不透水时,围岩中任意一点的水压力近似等于该点静水压力,水压力作用系数β≈1.0。隧道排水时,水压力作用系数为β=0.424,且随着围岩顶面水压力的增大而减小,说明隧道排水时可降低衬砌水压力。
(b)有环向盲管断面衬砌水压力作用系数小于无环向盲管断面,说明环向盲管是影响衬砌水压力的一个因素。
(c)一条贯通裂隙衬砌水压力作用系数比两条平行贯通裂隙小。
裂隙面上水压力分布特征:
①一条贯通裂隙隧道裂隙面上水压力分布特征为:随着围岩顶面水压力的增大,裂隙面上水压力作用系数有减小的趋势。
②两条平行贯通裂隙隧道裂隙面水压力分布特征为:
(a)随着围岩顶面水压力的增大,裂隙面上水压力作用系数缓慢增大。
(b)有环向盲管断面裂隙面上水压力作用系数大于无环向盲管断面,且随着围岩顶面水压力增大,两裂隙面上水压力作用系数差值逐渐减小。
③一条贯通裂隙和两条平行贯通裂隙隧道裂隙面水压力分布共有特征:水压力的大小与测点的水平位置和垂直位置都有关系,位置越高水压力越大,且随着位置越高,水压力增加越快;同一水平位置,隧道中线位置水压力小于两侧。水压力作用系数分和水压力布规律相同。
围岩中水压分布特征:围岩中水压力的大小与围岩中裂隙发育有很大关系,且同一水平位置,围岩中水压力小于裂隙面。
Claims (8)
1.富水区裂隙岩体隧道衬砌水压力分布试验模拟方法,其特征在于包括以下步骤:
(一),制作试验模型,模拟裂隙岩体隧道衬砌和围岩的具体结构;
(二),向模型内注水,使模型水压力基本保持恒定;
(三),对模型中的待测点的水压力值和衬砌的排水量进行测定;
(四),对水压力数据处理;
制作试验模型的步骤包括:
1),制作内夹土工布的水泥砂浆的试样,对试样进行渗透系数测试,根据试样渗透系数的测试结果选择合适的水泥砂浆配合比和土工布厚度;
2),制作长方体的模型箱,实物与模型按照1:50比例进行缩小模拟,安装穿透模型箱两个相对侧壁的聚丙烯管,在聚丙烯管圆周外安装沿着聚丙烯管长度方向的纵向盲管和围绕聚丙烯管圆周的环向盲管,环向盲管与纵向盲管连通,纵向盲管与聚丙烯管内连通;
3),在模型箱内布置模拟裂隙的土工布,在待测点上布置孔隙水压力计并进行编号;
4),将水泥砂浆浇筑到模型箱内,将模型箱上端用顶盖封闭;
所述步骤1)的具体过程为:
a,制作试样,选取32.5矿渣硅酸盐水泥、粒径为0~3mm的中砂、胶凝材料质量1%的缓凝型羧酸高效减水剂、粉煤灰,150g和300g规格的土工布,按照水泥:砂:粉煤灰:水=1:2:0.3:0.54比例搅拌成水泥砂浆,同时降低拌合水的温度,将水泥砂浆分别与150g、300g规格的土工布制作成带裂隙的砂浆试件;
b,使用水钻法用岩石取芯机在制作好的砂浆试件上取样,取样为圆柱状,且使制作的裂隙面过试样圆柱圆心;
c,用双端面磨平机对试样进行打磨,然后用磨刀石对试样进行手工磨平,确保岩样两端面光滑平整;
d,采用岩石渗透分析仪对试样的渗透系数进行测定,选取渗透系数更稳定的150g规格的土工布和水泥砂浆制作围岩和模拟裂隙。
2.根据权利要求1所述的富水区裂隙岩体隧道衬砌水压力分布试验模拟方法,其特征在于:土工布按照模拟试验的内容进行布置,模拟一条贯通裂隙时按照垂直于聚丙烯管的长度方向平行布置一面土工布,截取三个平行于土工布的断面,分别为两端的断面1-1、断面1-3和中间的断面1-2,所述断面1-2与土工布重合,断面1-1经过环向盲管,断面1-1、断面1-3和中间的断面1-2上设置有孔隙水压力计;
模拟两条平行贯通裂隙时按照垂直于聚丙烯管的长度方向平行布置两面土工布,截取三个平行于土工布的断面,分别为两端的断面2-1、断面2-3和中间的断面2-2,所述断面2-1和断面2-3与土工布重合,断面2-1和断面2-3经过环向盲管,断面2-1、断面2-3和中间的断面2-2上设置有孔隙水压力计。
3.根据权利要求2所述的富水区裂隙岩体隧道衬砌水压力分布试验模拟方法,其特征在于:所述断面1-2、断面2-1和断面2-3上围绕聚丙烯管圆周设置有多个孔隙水压力计,断面1-2、断面2-1和断面2-3上平行于聚丙烯管径向设置有三竖排孔隙水压力计;断面1-1、断面1-3、断面2-2上沿着聚丙烯管径向设置一竖排孔隙水压力计。
4.根据权利要求1所述的富水区裂隙岩体隧道衬砌水压力分布试验模拟方法,其特征在于:所述步骤(三)的测定要求为在不同的水压下使用计算机每隔2min记录一次各测点应变值,连续监测并记录,10次为一组,并收集每组内衬砌的排水量,每个测点测多组,求其平均值。
5.根据权利要求1所述的富水区裂隙岩体隧道衬砌水压力分布试验模拟方法,其特征在于:所述步骤(四)根据步骤(三)的测定结果画出各个测点的水压力分布图,得到衬砌背后及衬砌围岩的水压力分布情况。
6.根据权利要求1所述的富水区裂隙岩体隧道衬砌水压力分布试验模拟方法,其特征在于:所述试验模型包括长方体模型箱(1),所述模型箱(1)中下部设置有穿透模型箱两个相对侧壁的、模拟衬砌的聚丙烯管(2),聚丙烯管(2)外圆周上设置有泄水孔(15),所述模型箱(1)内的聚丙烯管(2)圆周外设置有沿着聚丙烯管长度方向的纵向盲管(3)和围绕聚丙烯管圆周的环向盲管(4),环向盲管(4)与纵向盲管(3)连通,纵向盲管(3)与聚丙烯管(2)内连通,模型箱(1)内布置有模拟裂隙的土工布(5)和孔隙水压力计(6),所述孔隙水压力计(6)与静态应变仪连接,所述静态应变仪与计算机连接,所述聚丙烯管(2)、纵向盲管(3)、环向盲管(4)、土工布(5)四周设置由水泥砂浆浇筑而成的模拟岩体的长方体围岩(7),所述模型箱(1)顶部设置有密封顶盖(8),所述顶盖(8)上通过进水口连接有与水源连通的高压水管(9),高压水管(9)上设置有调压阀门,所述顶盖(8)上还设置有测量模型箱(1)内顶面水压的压力表(10),所述模型箱(1)底部设置有排水阀门。
7.根据权利要求6所述的富水区裂隙岩体隧道衬砌水压力分布试验模拟方法,其特征在于:所述纵向盲管(3)和环向盲管(4)均使用弹簧包纱布模拟,孔隙水压力计(6)外用纱布进行包裹,所述聚丙烯管(2)外用纱布包裹。
8.根据权利要求6所述的富水区裂隙岩体隧道衬砌水压力分布试验模拟方法,其特征在于:所述围岩(7)顶部低于顶盖(8)。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201711106429.9A CN107941671B (zh) | 2017-11-10 | 2017-11-10 | 富水区裂隙岩体隧道衬砌水压力分布试验模拟方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201711106429.9A CN107941671B (zh) | 2017-11-10 | 2017-11-10 | 富水区裂隙岩体隧道衬砌水压力分布试验模拟方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN107941671A CN107941671A (zh) | 2018-04-20 |
CN107941671B true CN107941671B (zh) | 2020-08-11 |
Family
ID=61934791
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201711106429.9A Active CN107941671B (zh) | 2017-11-10 | 2017-11-10 | 富水区裂隙岩体隧道衬砌水压力分布试验模拟方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN107941671B (zh) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109724865B (zh) * | 2019-02-26 | 2023-09-22 | 中铁二院工程集团有限责任公司 | 隧道衬砌水压监测***试验装置及试验方法 |
CN110658332B (zh) * | 2019-09-30 | 2020-06-30 | 中国水利水电科学研究院 | 一种混凝土衬砌预压力测定试验装置及其试验方法 |
CN111982779B (zh) * | 2020-08-19 | 2022-09-16 | 河海大学 | 一种空心圆柱岩石试样模拟有压隧道渗流变形的试验方法 |
Citations (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1803419A (zh) * | 2005-01-10 | 2006-07-19 | 孙辰豪 | 矿物化植物纤维的皮层处理及其建筑材料 |
CN101503284A (zh) * | 2009-03-13 | 2009-08-12 | 中铁二院工程集团有限责任公司 | 一种抗侵蚀剂及含有该抗侵蚀剂的砌筑砂浆材料 |
EP2298519A1 (de) * | 2005-12-21 | 2011-03-23 | Qavertec GmbH | Vorrichtung zur Qualitätskontrolle eines Prozesses zur Herstellung von Betonwarenprodukten |
CN102071941A (zh) * | 2010-11-25 | 2011-05-25 | 山东科技大学 | 一种基于综采沿空留巷的砼块错缝纵码成墙方法 |
CN202081436U (zh) * | 2011-04-25 | 2011-12-21 | 上海名呈无纺布有限公司 | 一种用于建筑体表面缝隙防渗漏土工布 |
CN102344813A (zh) * | 2011-07-18 | 2012-02-08 | 徐辰楚 | 一种用于固化海相软弱土的固化剂 |
CN103016026A (zh) * | 2012-11-22 | 2013-04-03 | 湖北省宜昌至巴东高速公路建设指挥部 | 一种挤压膨胀岩公路隧道支护方法 |
CN103075005A (zh) * | 2013-02-25 | 2013-05-01 | 十九冶成都建设有限公司 | 土工防渗堵浆方法 |
CN103482916A (zh) * | 2013-09-07 | 2014-01-01 | 安徽富强混凝土有限公司管桩分公司 | 一种混凝土管桩的配料 |
CN103498683A (zh) * | 2013-09-27 | 2014-01-08 | 同济大学 | 基于快凝复合砂浆和纤维编织网的隧道早强快速加固方法 |
CN104265307A (zh) * | 2014-08-19 | 2015-01-07 | 山东大学 | 软硬不均地层土压平衡盾构隧道下穿铁路既有线施工方法 |
CN105158039A (zh) * | 2015-09-08 | 2015-12-16 | 河海大学 | 一种用于裂隙岩体渗流试验仿真裂隙制作方法 |
CN105971629A (zh) * | 2016-06-21 | 2016-09-28 | 中铁第五勘察设计院集团有限公司 | 以初期支护为主要承载结构的复合式衬砌设计方法 |
US9459192B2 (en) * | 2011-03-31 | 2016-10-04 | National University Corporation Yokohama National University | Water absorption test method and water absorption test device for concrete surface |
CN106595548A (zh) * | 2016-12-21 | 2017-04-26 | 石家庄铁道大学 | 一种隧道内掌子面围岩内部的位移测量方法 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101832140B (zh) * | 2010-04-20 | 2012-07-18 | 北京交通大学 | 海底隧道衬砌水压力分布规律试验方法 |
US9038450B2 (en) * | 2013-01-18 | 2015-05-26 | Halliburton Energy Services, Inc. | Method and apparatus for characterizing fluid channeling through a cement formation interface of a subterranian wellbore |
CN206056982U (zh) * | 2016-10-12 | 2017-03-29 | 中铁西南科学研究院有限公司 | 一种高水头富水隧道的试验装置 |
CN107229812B (zh) * | 2017-07-31 | 2020-08-28 | 中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司 | 一种高水压岩溶隧道衬砌水压力计算方法 |
-
2017
- 2017-11-10 CN CN201711106429.9A patent/CN107941671B/zh active Active
Patent Citations (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1803419A (zh) * | 2005-01-10 | 2006-07-19 | 孙辰豪 | 矿物化植物纤维的皮层处理及其建筑材料 |
EP2298519A1 (de) * | 2005-12-21 | 2011-03-23 | Qavertec GmbH | Vorrichtung zur Qualitätskontrolle eines Prozesses zur Herstellung von Betonwarenprodukten |
CN101503284A (zh) * | 2009-03-13 | 2009-08-12 | 中铁二院工程集团有限责任公司 | 一种抗侵蚀剂及含有该抗侵蚀剂的砌筑砂浆材料 |
CN102071941A (zh) * | 2010-11-25 | 2011-05-25 | 山东科技大学 | 一种基于综采沿空留巷的砼块错缝纵码成墙方法 |
US9459192B2 (en) * | 2011-03-31 | 2016-10-04 | National University Corporation Yokohama National University | Water absorption test method and water absorption test device for concrete surface |
CN202081436U (zh) * | 2011-04-25 | 2011-12-21 | 上海名呈无纺布有限公司 | 一种用于建筑体表面缝隙防渗漏土工布 |
CN102344813A (zh) * | 2011-07-18 | 2012-02-08 | 徐辰楚 | 一种用于固化海相软弱土的固化剂 |
CN103016026A (zh) * | 2012-11-22 | 2013-04-03 | 湖北省宜昌至巴东高速公路建设指挥部 | 一种挤压膨胀岩公路隧道支护方法 |
CN103075005A (zh) * | 2013-02-25 | 2013-05-01 | 十九冶成都建设有限公司 | 土工防渗堵浆方法 |
CN103482916A (zh) * | 2013-09-07 | 2014-01-01 | 安徽富强混凝土有限公司管桩分公司 | 一种混凝土管桩的配料 |
CN103498683A (zh) * | 2013-09-27 | 2014-01-08 | 同济大学 | 基于快凝复合砂浆和纤维编织网的隧道早强快速加固方法 |
CN104265307A (zh) * | 2014-08-19 | 2015-01-07 | 山东大学 | 软硬不均地层土压平衡盾构隧道下穿铁路既有线施工方法 |
CN105158039A (zh) * | 2015-09-08 | 2015-12-16 | 河海大学 | 一种用于裂隙岩体渗流试验仿真裂隙制作方法 |
CN105971629A (zh) * | 2016-06-21 | 2016-09-28 | 中铁第五勘察设计院集团有限公司 | 以初期支护为主要承载结构的复合式衬砌设计方法 |
CN106595548A (zh) * | 2016-12-21 | 2017-04-26 | 石家庄铁道大学 | 一种隧道内掌子面围岩内部的位移测量方法 |
Non-Patent Citations (5)
Title |
---|
Inner water pressure distribution law of the tunnel grouting circle in water-rich area;Yang S 等;《journal of China University of Mining & Technology》;20170331;第46卷(第3期);第546-553页 * |
交叉裂隙水流的模型实验研究;速宝玉 等;《水利学报》;19970531(第5期);第1-6页 * |
垂直交叉裂隙岩体渗透系数与裂隙特征关系试验研究;韩杨 等;《河南城建学院学报》;20161130;第25卷(第6期);第11-15页 * |
高水压富水区裂隙岩体隧道渗流场的特征;高兴强 等;《中国铁道科学》;20161130;第37卷(第6期);第42-49页 * |
高水压山岭隧道衬砌水压力分布规律研究;秦伟;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》;20150315(第03期);第C034-1307页 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN107941671A (zh) | 2018-04-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101832140B (zh) | 海底隧道衬砌水压力分布规律试验方法 | |
CN107941671B (zh) | 富水区裂隙岩体隧道衬砌水压力分布试验模拟方法 | |
CN103954511B (zh) | 一种裂隙网络岩石剪切-渗流耦合实验方法 | |
CN104790338B (zh) | 一种土石结合部接触冲刷试验方法 | |
CN206420738U (zh) | 砂岩渗透模拟试验装置及其*** | |
CN105334142B (zh) | 一种用于模拟盾构泥膜形成的实验装置 | |
CN110221036B (zh) | 带渗流装置的保水开采“声发射-红外辐射”实验*** | |
Ghanbari et al. | Development of an empirical criterion for predicting the hydraulic fracturing in the core of earth dams | |
CN106769419A (zh) | 一种膨润土的膨胀力试验装置及测试方法 | |
CN204422525U (zh) | 高温高压水泥浆堵漏性能试验评价装置 | |
CN101893617A (zh) | 一种测试限排抗水压隧道注浆圈水压折减规律的试验装置 | |
CN110658332B (zh) | 一种混凝土衬砌预压力测定试验装置及其试验方法 | |
CN110261569B (zh) | 基于管网***抽采煤层瓦斯效果的模拟实验***及方法 | |
CN106092855A (zh) | 一种防渗帷幕模拟试验的装置及试验方法 | |
CN102445398A (zh) | 软岩硬土力学特性仿真测试方法 | |
CN205808885U (zh) | 一种防渗帷幕模拟试验的装置 | |
CN107356510B (zh) | 模拟采场围岩突水通道扩展演化试验*** | |
CN107894384B (zh) | 富水区裂隙岩体隧道衬砌水压力分布试验模拟*** | |
CN106768153B (zh) | 一种浆液固结体积收缩率测试装置及测试方法 | |
CN104831674B (zh) | 一种土石结合部接触冲刷试验装置 | |
CN106124380B (zh) | 一种相似模拟实验中测量煤柱透气性的装置及方法 | |
CN113866065A (zh) | 一种深部矿井瓦斯-水混合渗透试验***及其试验方法 | |
CN107991211A (zh) | 一种不同水压条件不规则试样透水系数测试仪及测试方法 | |
CN216669605U (zh) | 富水岩溶区***模拟*** | |
CN210427566U (zh) | 一种三维可视渗透注浆模型试验装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |