二つの平行断層が重なり合うトンネルにおける流入水・浸透特性の数値解析

Aug 23, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 11806 (2023) この記事を引用

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水の流入は、トンネルやその他の地下工学プロジェクトの安全性を脅かす主要な地盤災害の 1 つです。 断層帯は、このような現象を引き起こす重要な地質学的誘因の 1 つです。 断層帯を横切るトンネル内の流れの挙動の進化に関する数値的調査は、この種の地殻災害の予測と予防にとって重要です。 この研究では、「三ゾーン」断層構造理論に従って、定常段階で 2 つの重なった平行断層を含む数値調査モデルを確立します。 断層帯の急速な乱流は改良された Darcy-Brinkman 浸透モデルを使用してシミュレートされますが、通常の岩石帯の遅い層流は Darcy 方程式で記述されます。 トンネル掘削面と重なり合う平行断層との相対位置と距離が地下水間隙圧と流速に及ぼす影響をいくつかのシナリオを通じて調査し、トンネルへの水流入量を計算した。 数値調査の結果、トンネル切羽が断層中心核心部、破砕帯、普通岩帯、重なり断層中心部まで掘削されると、掘削切羽前方の間隙水圧値が増加し、流速が低下することがわかった。順次。 流入量は断層中心核の中心までトンネル切羽が掘削されているときに最も大きくなり、これは重なり合う範囲の範囲と密接に関係している。 この調査結果は、トンネルが 2 つの重なり合う平行断層を横切る場合に、水の流入による地盤災害の早期警告を予測するための実用的な参考資料を提供します。

「一帯一路」構想の実施により、中国西部では鉱山、交通、水利、水力発電プロジェクトなどのインフラ建設が急速に進展した1。 現在、中国のトンネルの深さ、全長、総数は世界第 1 位です2、3、4。 残念なことに、深く埋められたトンネル建設中に水と泥の流入が頻繁に起こる重大な地盤災害となり、多大な経済的損失と死傷者を引き起こしています5,6。 断層や割れた岩石などの不利な地層によって引き起こされる水や泥の流入事故を回避することは、地下工学研究の焦点の 1 つとなっています 7,8,9。 トンネル掘削面が断層帯を通過する際の地下水の流れの進化の法則を研究することは、流入量を予測し、水の流入リスクを大幅に軽減し、トンネル建設における経済的損失や死傷者を回避するのに役立ちます10。

さまざまな水流入路の進化原理と発現を調査し、断層帯における水流入路の発達則は流体圧力や爆破振動などの要因と密接に関連していると結論付けました11。 一部の学者は、高温高圧条件下でのトンネルへの水と泥の流入に関する多要素の包括的な調査アプローチを提唱し、大規模な断層帯のマクロ地質モデルに基づいて調査しました12,13。 一部の学者は、断層帯を横切るトンネルの地下水の流れの挙動と水の流入メカニズムを理解するために、理論分析、実験室試験、および数値シミュレーションを実施しました14、15、16。 理論的な解析方法には、ニューラル ネットワーク、カタストロフ理論、および地下水流入の進化を記述するその他の非線形アプローチの導入が含まれます。 Zheng ら 17 は、充填されたカルスト トンネルの「活性化係数」の概念を提案し、時間の経過に伴う不安定領域の進化を分析しました。 臨床試験には、臨床試験、模型試験、実地試験などが含まれます。 例えば、Jeon および Wang ら 18,19 は、壁岩の安定性と破壊の発達に関する物理モデル試験を実施し、トンネル壁岩の安定性と浸透特性に対する断層と劣った層理面の悪影響を分析しました。