隧道充填型岩溶突水突泥灾变演化机理与CFD-DEM全过程模拟分析方法

基本信息
批准号:51879153
项目类别:面上项目
资助金额:61.00
负责人:许振浩
学科分类:
依托单位:山东大学
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:石少帅,周宗青,李召峰,赵茉莉,聂利超,林鹏,黄鑫,潘东东,王欣桐
关键词:
突泥突涌泥突水突涌水渗流
结项摘要

Evolution mechanism and whole process simulation method for water and mud inrush of filled-type karst in deep buried long tunnel is an important theoretical and technical problem in tunnel construction. Multiple methods will be adopted in the present study, such as engineering statistics, theoretical analysis, numerical program development and simulation, laboratory test, model experiment and field test. Occurrence regularity and geological identification methods of filled-type karst will be summarized based on typical domestic and foreign case study analysis, field investigation, data analysis of indoor experiment and in-situ test. A method will be proposed for distinguishing parameters of filled-type karst. Failure mode and mechanism for two classes and ten types of water and mud inrush caused by filled-type karst will be studied. Calculation method of safety coefficient and rapid engineering practical evaluation method will be proposed for whole inrush failure type of water and mud. Evolution regularity of permeability and precursory characteristics of disaster will be revealed for seepage failure type of water and mud inrush. Critical criteria of the two classes of water and mud inrush will be proposed for filled-type karst. A CFD-DEM numerical simulation method will be proposed and the whole process simulation program of water and mud inrush will be developed. The research contents are closely combined with national infrastructure construction, important scientific research projects. In addition, research results will be important in forecasting and controlling of water and mud inrush of filled-type karst in tunnel construction.

隧道充填型岩溶突水突泥灾变演化机理与全过程模拟是岩溶隧道施工中的重大理论与技术难题。本项目以大量重大工程实践为依托,以理论分析、数值程序研发与模拟分析、室内实验、模型实验和现场试验为手段,以国内外典型案例分析、现场调研、室内实验和原位测试数据为基础,归纳总结隧道充填型岩溶赋存规律与地质判识方法,提出岩溶隧道充填型岩溶参数确定方法;研究2类10型充填型岩溶突水突泥破坏模式与机理,提出整体突出类突水突泥的安全系数计算与工程实用快速评判方法,揭示渗透破坏类突水突泥的渗透系数演化规律与灾变前兆特征,提出2类充填型岩溶突水突泥破坏的临界判据;提出CFD-DEM突水突泥全过程数值模拟分析方法,并研发突水突泥灾变演化全过程模拟程序。研究内容与国家基础设施建设、重大科研项目研究计划密切结合,研究成果对隧道充填型岩溶突水突泥灾害预测与控制具有重要意义。

项目摘要

突水突泥灾变演化机理与全过程模拟是岩溶隧道施工中的重大理论和技术难题。本项目以大量重大工程实践为依托,以理论分析、数值程序研发与模拟分析、室内实验、模型实验和现场试验为手段,以国内外典型案例分析、现场调研、室内实验和原位测试数据为基础,围绕隧道岩溶赋存规律、地质判识与参数确定方法,岩溶隧道突水突泥灾变演化机理和突水突泥灾变演化全过程模拟方法与模拟分析三方面开展研究。提出了3类11型隧道突水突泥致灾构造和4种孕灾模式,表征了隧道突水突泥灾害的孕育、发展过程和致灾特征;提出了基于图像与元素信息深度融合的岩性智能识别方法,实现隧道内不良地质的快速、较准确识别;建立了岩溶含水层示踪-水力联合层析反演方法体系,为准确判识隧道施工过程中岩溶致灾构造的结构特征提供了理论参考和支撑。开展了隐伏溶洞突水灾变演化过程模型试验,揭示了隐伏溶洞诱发隧道突水灾变演化机理;提出了岩溶隧道强透水性充填介质渗透破坏临灾判据,建立了岩溶隧道弱透水性充填介质滑移失稳最小安全厚度计算公式,实现了整体突出类突水突泥的安全系数计算与工程快速评判。发展了一种考虑颗粒流失的渗流模拟方法,提出了渗透失稳渐进性突水突泥流固耦合模拟方法。针对突水灾害注浆处置问题,提出了一种基于CFD的突水灾害注浆控灾分序扩散固化模拟方法,实现了突水灾害注浆控灾全过程的可视化分析。研究内容与国家基础设施建设、重大科研项目研究计划密切结合,研究成果对隧道岩溶突水突泥灾害预测与控制具有重要意义。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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