基于海底隧道衬砌孔隙水压力的涌水量预测方法及工程应用

为获取海底隧道的环向涌水量,以海底隧道衬砌背后孔隙水压力分布为主线,在达西定律的基础上推导了与孔隙水压力相关的涌水量预测公式,公式与隧道尺寸、隧道初衬渗透系数相关,充分考虑了支护结构外缘水压力的影响,进而得到隧道洞内各处涌水量值,将涌水量计算值与现场测量值进行对比,进一步验证了公式的准确性.研究结果表明,隧道开挖时渗流场影响范围集中在隧道主洞左右各3倍洞径内,主要影响范围集中在洞周2倍洞径内.隧道开挖瞬间,洞周渗流场呈漏斗状分布,直至隧道开挖贯通.围岩性质越差,其隧道衬砌背后孔隙水压力越大,仰拱处孔隙水压力普遍大于拱顶,最大孔隙水压力一般出现在边墙与仰拱交界处.通过编译涌水量预测公式,得到隧道的涌水量,并将其与隧道现场实际情况对比,证实了公式的准确性.该涌水量预测方法为海底隧道现场施工提供了理论支撑.     

基于最小二乘-分步解耦的泄渗漏带与隧道围岩渗流参数方法

鸡冠山隧道施工期渗涌水病害与降雨强度、上覆天坑洼地地貌密切相关,确定隧道围岩渗透参数是估计隧道涌水量与防排水设计的关键.通过电阻率法和地质雷达探测法查明隧道上覆岩溶溶腔分布状态,并结合工程地质条件构建上覆天坑降雨入渗饱和达西渗流地质模型,然后采用基于最小二乘-分步耦合优化方法的岩溶隧道围岩渗流参数反演法,以3个涌水事件的涌水量、涌水速率、涌水与降雨关联时间、天坑积水水头为反演边界条件,关联性解耦下泄渗漏带与隧道围岩渗流规律,最终分步优化确定出下泄渗漏带和隧道围岩的渗流参数.结果 表明:下泄渗漏带和隧道围岩的综合渗透系数分别为2.4×10-3cm/s和3.2×10-4cm/s,该成果可为降雨条件下鸡冠山岩溶天坑段隧道涌水量估计与防排水设计提供重要计算依据.     

公路隧道建设中涌水量预测方法改进研究仿真

当前涌水量预测方法大多依据已经建好的隧道积累涌水量观测资料进行预测,需要准确的先验知识,预测结果不可靠。提出新型公路隧道建设中用水量预测改进方法,分析了公路隧道涌水过程,针对研究的公路隧道,依据建设公路隧道区域水文地质条件,构建隧道开挖前的稳定流模型。依据钻孔数据和泉流量对构建的模型进行检测,将其应用于涌水量的预测中。将稳定流模型看作公路隧道开挖的模拟非稳定流初始条件,完成对公路隧道开挖过程中涌水量的模拟,获取公路隧道的最大涌水量、正常涌水量和涌水过程曲线。运用变分有限单元法求解上述模型,确定渗透系数和影响半径,从而计算出公路隧道建设中涌水量的预测值。实验结果表明,所提方法具有很高的预测精度。     

基于流固耦合理论的隧道涌水量预测

涌水量是富水位隧道设计和施工的一个重要参数.结合大伙房水库输水工程的实际地勘资料,建立与实际相符合的三维涌水量数值模型,运用流固耦合理论对该工程进行数值模拟分析.同时,利用FLAC3D内置的FISH函数编程计算出了15+720~15+797工程段的最大涌水量和经常涌水量.计算结果表明:断层带施工前方水流流速较大,易发生涌水灾害;预测出的涌水量与现场实测值比较吻合,具有很好的参考价值.因此,施工过程中要加强前方地下水的探测,及时采取注浆止水措施,以防涌水事故的发生.     

重庆市轨道交通一号线二期工程中梁山隧道涌水量预测

重庆市轨道交通一号线二期工程中梁山隧道横穿中梁山背斜,隧址区工程水文地质条件十分复杂,最主要工程地质问题为隧道涌水危害问题,其中隧道涌水危害主要是岩溶水的危害。本文通过大量的地面调查与工程手段,揭示了隧址区岩溶发育规律与岩溶水的发育特征及其系统特性。根据隧址区岩溶水的系统特征,采用比拟法、地下水径流模数法、大气降水渗入量法等多种方法预测隧道涌水量,最后综合建议隧道正常涌水量。     

某矿冲积层下不同产状煤层开采过程中的涌水特点

在某矿巨厚含水冲积层下,有三种不同产状的煤层。在开采过程中,它们的涌水特点也各不相同:急倾斜煤层,导水裂隙带发育比较快也比较高,涌水量变化曲线比较陡。缓倾斜煤层,导水裂隙带发育比较慢比较低,涌水量变化曲线比较缓。因此,不同产状的煤层,其防水煤(岩)柱的大小应不相同。另外,通过试验,还证明了合理的采用间歇性开采方法,可显著地减少矿坑涌水量。     

基于紫外图像的隧道岩体样本节理裂隙二维面积及三维体积估计

通过对隧道施工断面的岩体裂隙发育程度的量化测量,实现对隧道断面内部岩体的节理裂隙量化评价,对隧道施工安全和维护进行决策支持;结合计算机图像处理技术,提出了一种基于紫外图像的施工样本岩体裂隙测量的方法。采用该方法对获取的施工岩体节理裂隙样本浇灌环氧树脂液体,并将其做成固定厚度(18mm)的切片,建立岩体节理裂隙特征模型,使用最佳匹配搜索特征方法自动确定节理裂隙区域,利用紫外线光对切片进行照射并获取样本岩体裂隙的紫外图像;最后通过图像处理技术对样本裂隙图像进行处理,对施工岩体样本的节理裂隙二维面积和三维体积精确估计。对19个岩体样本(100多幅紫外图像和100多幅可见光图像)进行采样试验,并进行数据分析。研究结果表明:该算法的准确度和事实性达到预期;该方法可以通过对岩体样本细微的节理裂隙密度和孔隙度的计算估计,实现对节理裂隙二维面积和三维体积的有效测量;通过测量估计节理裂隙的相关信息,获取较为精确的岩体样本节理裂隙的面积和体积。该方法可应用于各类公路及铁路隧道施工中的施工面岩体节理裂隙检测与测量,有助于工程技术人员选择安全合理的施工方案。     

基于松动圈理论深埋黄土隧道围岩压力计算方法

围岩压力的确定一直是隧道工程结构设计中的重点,而黄土隧道的工程特性与其他岩质隧道有着明显的区别,尤其是深埋黄土隧道的围岩压力计算。通过对深埋黄土隧道开挖后的围岩应力状态进行分析,明确了松动圈的定义,推导了松动圈的表达式,提出了基于松动圈理论的深埋黄土隧道围岩压力计算方法,并基于现场试验实测数据与既有计算方法进行了对比分析,以验证该方法的适用性。研究结果表明：松动圈为塑性区的内圈,是塑性区内切向应力小于初始地应力的部分;黄土隧道的松动圈较普通巷道和岩石隧道的松动范围大得多,更易受隧道开挖影响;基于松动圈理论的围岩压力计算方法与其他计算方法相比较,计算结果与实测值接近且存在一定的安全储备,使用该方法对深埋黄土隧道围岩压力进行计算是可行的,基于松动圈理论的围岩压力计算方法更适用于深埋黄土隧道这种有一定自稳能力的软弱土质围岩隧道。     

高黏性浆液在富水破碎带隧道涌水治理中的应用

富水破碎带隧道的涌水常常会引起一系列地质灾害, 其中高黏性浆液作为一种治水材料, 在富水破碎带的治水过程中发挥了积极的作用. 实验测量得到了常用水泥浆液和高黏性浆液黏性随时间变化的规律, 并分析黏度变化对注浆治水的影响. 引入孔隙率、渗透率动态模型,建立了适用于富水破碎带注浆治水的流固耦合数学模型, 分析了高黏性浆液注浆过程中压力梯度、应变率和孔隙率变化, 确定高黏性浆液流动半径. 结合浅层填充挤压、深层高压挤密的注浆思路设置了排水减压孔, 参考计算结果设计试验方案. 通过监测隧道涌水量和检测钻孔取芯, 验证了数学模型和试验方案的合理性. 试验结果表明, 隧道涌水量下降了97%, 达到了封堵涌水的目的; 现场芯样充填饱满密实, 抗压强度较原始地层提高了2~4 倍, 围岩整体防渗性能和稳定性得到大幅提升. 该结果不仅验证了数学模型的合理性, 还为类似地层治水处理提供了新的思路.     

复杂岩溶隧道涌水量预测分析

隧道涌水量预测方法很多,不同方法的适用性差别也较大。其首要因素是对工程实际地质状况的了解程度。隧道涌水量预测一般采用两种及两种以上的方法,便于不同方法之间作对比分析。通过探讨隧道涌水量预测发展状况,结合别岩槽隧道工程实际地质状况,采用地下水径流模数法与降水入渗系数法对别岩槽隧道进行分段涌水量预测。其中降水入渗系数法又称水均衡法,通过两种计算方法差别的比较,对复杂岩溶隧道涌水量预测做了分析,从而使其尽可能与实际产生涌水量大小相接近。     

莫高窟砂岩有压吸水特性及渗流作用试验研究

为研究液态水渗流作用对莫高窟围岩风化产生的影响,采用深部软岩水理作用智能测试系统进行莫高窟砂岩试样的有压吸水试验,并对砂岩有压吸水特性与无压吸水特性进行对比分析。试验结果表明,两种吸水模式下,试样吸水后最终达到的饱和吸水率相近,但有压吸水的平均吸水速率是无压吸水的11倍。相比于毛细作用,水分的渗流作用对于莫高窟围岩的风化作用更为显著。试验技术为评价莫高窟围岩风化程度提供了可行的手段。     

北京明长城青砖毛细吸水性测定及其影响因素

长城是著名的世界文化遗产。近年来北京市文物局提出了长城文化带保护建设工作,且因水作为多孔材料青砖耐久性能的主要影响因素,其携带的侵蚀性介质会对青砖造成严重破坏,故需对长城主要承重材料-青砖的毛细吸水性进行研究。通过单面吸水法和卡斯特瓶法分别检测青砖的毛细吸水系数,发现卡斯特瓶法误差主要来源于水压影响和读数延迟;研究并建立了两种检测方法测试结果的关系方程或比例系数,可应用于不可取样长城青砖现场测试的毛细吸水系数转换为实际的毛细吸水系数的推算工作。此外,分析评估了环境温度、初始含水率、孔隙率和孔径4个主要因素对青砖毛细吸水性的影响,发现温度、孔隙率及孔径对毛细吸水性影响较大;且呈正相关关系,初始含水率则影响不大。     

全海深环境下高强度空心玻璃微珠复合材料性能

提出一种全海深环境压力模拟试验方法,并研究了不同密度高强度空心玻璃微珠复合材料的性能,探讨全海深环境下静水压力对复合材料吸水性能及尺寸稳定性的影响.结果表明：静水水压对复合材料的吸水性影响显著,静水压力为121 MPa时的复合材料吸水率比111 MPa时增加约1倍;在相同静水压力条件下,复合材料密度较大时的吸水率较低;在不同静水压力条件下,复合材料的尺寸稳定性良好,在111和121 MPa的静水水压下,其最大线尺寸变形率仅为0.51％.     

特低渗透裂缝性油藏超前注水井网评价方法

大庆油田外围某特低渗透试验区天然裂缝发育,微裂缝一方面可以增大油、水渗流能力,另一方面会加剧注入水窜流,认清裂缝发育特低渗透油藏超前注水的水平井井网部署对开发效果的影响是很有必要的。考虑特低渗透油藏非线性渗流规律,对微裂缝采用等效渗流介质理论,运用室内岩心分析数据和数值模拟的方法,探讨了超前注水水平井井网部署。根据井网与微裂缝匹配关系,建立12套模拟模型。通过分析各方案采出程度与含水率关系、地层压力保持水平和压力梯度场分布,明确了各方案的开发效果和适应性。分析结果表明水平井井筒垂直于最大主应力方向井网开发效果好。七点水平井网开发效果好,应优化井距以驱动注水井间的原油。九点井网见水快,应合理设计注水井位置,避免过早见水。水平井五点井网不适用于该地区。     

普光气田地层水启动压力梯度实验研究

针对现有的地层水启动压力梯度计算模型计算结果差异大的问题,选取四川盆地普光气田早三叠纪飞仙关组超深层碳酸盐岩储层标准岩心,开展了储层温度条件下的地层水启动压力梯度实验测试,根据实验测试结果建立了地层水启动压力梯度计算模型,对比分析了不同地层水启动压力梯度计算模型的计算结果,分析了影响地层水启动压力梯度的主要因素,以普光气田为例进行了实例计算和分析。结果表明:地层水启动压力梯度随渗透率的降低而增大,在渗透率相对较低时,地层水启动压力梯度随着渗透率的降低急剧增大;地层温度影响地层水黏度,从而改变地层水在细小孔道中流动时的非牛顿特征,进而影响地层水启动压力梯度的大小;储层渗透率和地层水黏度是影响地层水启动压力梯度大小的主要因素;普光气田Ⅱ、Ⅲ类储层地层水启动压力梯度较大,要准确描述气藏水侵规律,需考虑储层的地层水启动压力梯度。     

体膨颗粒非均质裂缝封堵效果与改善

体膨颗粒已广泛应用于高温高盐裂缝性油藏控水,且其封堵效果与颗粒尺寸、颗粒分流率密切相关.采用人工造缝的碳酸盐岩露头岩芯组模拟非均质裂缝储层,在130℃、19.8×104 mg/L条件下进行体膨颗粒裂缝堵水效果评价与改善实验.结果 发现,粒径过大、窄裂缝分流率过高的体膨颗粒可能加剧裂缝产液的非均质性,而粒径过小的体膨颗粒...     

高水头条件下管道裂隙浆液封堵机制试验研究

针对高水头下管道裂隙浆液留存率低、封堵效果差的问题,通过自主设计的可视化动水注浆试验平台,开展了高水头管道裂隙注浆封堵试验研究,探讨了影响管道裂隙浆液封堵的主次因素,揭示了水灰比、注浆压力及动水流速对水泥浆液封堵效果的影响。研究结果表明:影响高水头管道裂隙浆液封堵沉积厚度及逆向扩散距离的因素依次为动水流速、水灰比、注浆压力;在合理水灰比条件下,浆液沉积厚度及逆向扩散距离随注浆压力增大而单调递增;浆液逆向扩散距离相比沉积厚度对动水流速变化更加敏感。     

高含钡锶离子采出水成垢趋势分析方法研究

油田注水开发导致采出液的含水量逐年增加,部分区块采出液水体结垢导致集输管线堵塞等各种问题日益严重。根据耿83区高含钡锶离子的特点,分别采用常规水分析方法、原子吸收光谱法和等离子体原子发射光谱法测试采出水和注入水的水样离子组成成分、水样矿化度、水型等。实验结果表明,在高矿化度含多种阳离子的水溶液中,原子吸收光谱法测试结果更准确。采用原子吸收光谱法对该区块结垢特征系统分析,计算结垢理论值,得出主要为硫酸钡和硫酸锶垢型。将现场垢样通过能谱和扫描电镜分析,验证得到与水样分析出的垢体一致。该方法能准确判定出垢体和垢型,为进一步采取有效的防垢、清垢措施提供重要的依据。     

基坑施工周围孔隙水压力变化规律及其应用

通过工程现场实测，研究了基坑施工过程中扎隙水压力随时间、工况的变化规律，提出了可供设计采用的水压力折减系数的概念，并对传统的水压力的计算方法提出新的见解，对基坑工程的设计和施工有较大的实用意义     

海水压力调节器性能分析

海水压力调节器是鱼雷等水下航行器中海水供应系统的重要部件之一,其输出压强与流量应符合动力系统总体设计的要求.海水压力调节器由调节阀和单向阀等组成,通过力平衡快速地调整调节活门的位置,保证输出压强稳定且输出流量符合要求值.海水压力调节器位于海水泵后,对贮舱和三组元比例控制器的海水进行压力调节,以保持推进剂的贮舱挤代压强和作为三组元之一的海水压强在鱼雷整个工作过程中基本不变.同时,根据推进剂供应系统流量的变化,自动调整其输出流量,使之与推进剂体积流量相匹配.