理论计算所用参数与室内模型试验相同,见表5.2。
表5.2 参数取值
对毛洞状态[见式(5.6)]及考虑注浆圈和衬砌情况下[见式(5.15)]的隧道渗流场水压力公式进行坐标转换,并将理论解与试验结果进行对比[提取试验结果时,渗流场已稳定,隧道排水量为0.455 m3/(d·m)],测线1,2,3的水压力特征曲线如图5.9—图5.11所示。
测线1位于隧道加固区上方围岩中。由图5.9可知,试验和理论结果基本一致,均表现为隧道开挖后,靠近隧道的测点水压力明显减小且以隧道为中心对称分布,呈下凹漏斗状,与初始状态有明显差异,表明隧道形成临空面后具有良好的泄水性,进而改变了渗流场分布;毛洞状态呈现的隧道泄水性远大于含有注浆圈和衬砌的完整支护状态,前者各测点间水压变化幅度较大且未见收敛的趋势,而后者各测点水压力变化幅度较小,距离隧道中心40 m以上时逐渐接近初始水压状态,表明注浆圈、衬砌等防排水体系有利于减小隧道开挖对渗流场的影响;从水压力量值分析,毛洞状态时的理论解和试验结果在靠近隧道中心处存在一定差距,远离隧道时吻合度较高,这与理论中假设隧道为圆形有一定的关系,而含有注浆圈、衬砌等完善支护体系时的理论解和试验结果十分接近,隧道中心处测点水压力值分别为216.42 kPa和205.46 kPa,仅相差5.06%,印证了理论推导的可靠性。
图5.9 测线1水压力特征曲线
测线2为隧道水平中心线,分布在隧道两侧。由图5.10可知,试验和理论结果呈现相同的变化规律,与测线1的水压分布特征基本相同,表明隧道开挖对洞室两侧渗流场仍存在较强影响。以水压力量值分析,依然表现出含有注浆圈、衬砌等完善支护体系时的理论解和试验结果更加接近,最大相差量值为3.64%。(www.xing528.com)
图5.10 测线2水压力特征曲线
测线3位于隧道加固区下方围岩中,距离隧道中心25 m。由图5.11可知,其水压力特征曲线呈现的规律与测线1,2基本相同,但各测点水压力变化幅度更小,含有注浆圈和衬砌的隧道渗流场中,水压力特征曲线在隧道两侧20 m处便趋于平缓,而毛洞状态时,隧道两侧60 m处表现出逐渐收敛的趋势,表明隧道渗流场影响范围有限,完善的防排水体系可进一步限制其影响范围。
图5.11 测线3水压力特征曲线
综上可知,隧道渗流模型试验有效验证了理论解的合理性,且含有注浆圈和衬砌时的理论解更加符合试验结果,能较好地应用于实际工程中。根据式(5.15)求解的含有注浆圈和衬砌时的隧道渗流场如图5.12所示(数据由MATLAB编程计算)。隧道渗流场水压变化具有明显的空间效应,越靠近隧道,水压变化越大,等水压线凹陷越明显。可知,利用式(5.15)得到的渗流场等水压线图能较直观地反映围岩中水压分布规律和隧道渗流影响范围。
图5.12 隧道渗流场(理论解)
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