基于斑图动力学的海底隧道突水演化规律研究

Water inrush is the greatest disaster in the seabed tunnel. With the increasing of subsea tunnel project in China, how to resolve this issue is becoming increasingly important. Pattern dynamics is a cutting-edge discipline of nonlinear science, with important implications for disaster study.The core of its research is space-time symmetry breaking when system is instability..This project based on the pattern dynamics, fully considering the characteristics of the water load of the subsea tunnel, and the suddenness of the catastrophe, the sample personality, the sensitivity of the multi-scale in the water inrush of subsea tunnel, researches patterns evolution model of water inrush in subsea tunnel, gets phase diagram of pattern state, establishes local instability evolutionary path of water inrush in subsea tunnel..On this basis, combined with the ensemble statistics, and network dynamics, this project try to obtain the global instability evolution path map of water inrush in subsea tunnel, the determination of sensitivity index and sensitivity to the evolution process, the establishment of the subsea tunnel water inrush criterion, revealing the subsea tunnel water inrush mechanism. The purpose is to provide a scientific basis for the protection of the subsea tunnel construction and operation of the security.

突水是海底隧道的最大灾害。随着我国海底隧道工程的增多，如何应对此问题变得越来越重要。斑图动力学是非线性科学里的一门前沿学科，其研究的核心是系统失稳时所表现出的时空对称性的破缺，这对于灾变的研究有着重要的意义。.本课题基于斑图动力学，充分考虑海底隧道水荷载的特征，以及灾变的突发性、样本的个性、跨尺度敏感性，研究海底隧道突水过程中斑图的演化模型，获得斑图状态的相图，建立海底隧道突水的局部不稳定演化路径图。.在此基础上，结合系综统计和网络动力学，获得海底隧道突水的全局不稳定演化路径图，确定敏感性指标，获得敏感度的演化过程，揭示海底隧道突水机理，建立海底隧道突水判据。为保障海底隧道建设和运营的安全提供科学的依据。

突水是海底隧道的最大灾害。随着我国海底隧道工程的增多，如何应对此问题变得越来越重要。本课题基于流体力学、损伤力学、土力学，充分考虑海底隧道水荷载的特征，以及灾变的突发性、样本的个性、跨尺度敏感性，研究海底隧道突水过程的演化模型，建立海底隧道突水的局部不稳定演化规律。在此基础上，结合突变理论，获得海底隧道突水的全局不稳定演化规律，确定敏感性指标，揭示海底隧道突水机理。为保障海底隧道建设和运营的安全提供科学的依据。.开发了模拟程序、试验装置，进行了泥水突出过程规律研究、失稳动力特性研究、剪切带斑图研究、注浆堵水加固研究、隧道失稳过程研究。试验装置可通过同步观测试样断面变形场、孔压场和宏观载荷、水荷载,对海底隧道突水灾变演化过程进行试验研究。数值模拟程序，可对饱和土、非饱和土的水力劈裂过程进行模拟。利用该实验装置和模拟程序研究了水力劈裂演化规律和剪切带斑图的形成。.对盾构海底隧道泥浆突出过程进行了研究，获得了泥浆突出的渐进破坏过程演化规律。将数值模拟和突变理论相结合，研究了隧道失稳的全局演化规律。研究了隧道失稳的过程，获得隧道失稳的敏感性指标和影响因素排序。通过以上研究建立了水力劈裂过程的模拟和分析方法；获得了海底隧道突水的局部不稳定演化规律；建立了海底隧道突水的全局不稳定演化规律。确定海底隧道失稳的敏感性指标和影响因素排序，建立了失稳判据。