[發明專利]巖溶地區圓形隧道滲流場解析解的計算方法

有效

• 申請號: 202010691203.5
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN111832110B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 蔣沖;韓海霞;謝寒松
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F119/14
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠;米中業

本發明公開了一種巖溶地區圓形隧道滲流場的解析解的計算方法，包括獲取巖溶地區圓形隧道滲流場的地質參數；將無限平面內的隧道和溶洞通過共形映射映射到w平面；計算w平面內隧道圓周上的總壓力水頭與半徑間的函數關系；得到最終的巖溶地區圓形隧道滲流量。本發明提供的這種巖溶地區圓形隧道滲流場解析解的計算方法，為巖溶發育地區巖溶水流入圓形隧道的穩定性提供了理論方法；本發明方法可計算出巖溶水流入隧道的滲流量大小，并由此可判斷隧道的穩定性；此外，本發明提出的隧道滲流量解析公式適用于不同隧道半徑、不同溶洞半徑、不同溶洞位置等條件，適用范圍更廣。

技術領域

本發明屬于土木工程技術領域，具體涉及一種巖溶地區圓形隧道滲流場的解析解的計算方法。

背景技術

隨著經濟技術的發展和人們生活水平的提高，道路建設已經廣泛在我國鋪開，給人們的生產和生活帶來了無盡的便利。

在道路建設的過程中，地質條件是極其關鍵的影響因素。巖溶發育地區地質條件較為復雜，在修建隧道之前一般較難探明隧道周圍修建的具體地質情況。在此條件下的隧道存在一定的風險：一方面表現為巖溶水的滲流極易造成隧道涌水，嚴重影響隧道施工安全、經濟效益以及后期運營的安全性和穩定性；另一方面表現為巖溶的存在導致隧道開挖過程中造成坍塌、落石以及改變圍巖的物理力學性質。因此開展巖溶地區圓形隧道滲流場的研究有著重要的工程意義。

目前，對地下水穩定流入圓形隧道的滲流場研究很多，主要采用半無限平面內共形映射的方法，而針對無限平面內溶洞的巖溶水流入圓形隧道的研究較少，尤其是探究不同方向的溶洞對隧道滲流場的影響的研究更是極少。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠求取巖溶地區圓形隧道滲流場的解析解，而且可靠性高、實用性好的巖溶地區圓形隧道滲流場的解析解的計算方法。

本發明提供的這種巖溶地區圓形隧道滲流場解析解的計算方法，包括如下步驟：

S1.獲取巖溶地區圓形隧道滲流場的地質參數；

S2.將無限平面內的隧道和溶洞，通過共形映射，映射到w平面；

S3.計算w平面內隧道圓周上的總壓力水頭與半徑間的函數關系；

S4.計算得到最終的巖溶地區圓形隧道滲流量。

步驟S2所述的將無限平面內的隧道和溶洞，通過共形映射，映射到w平面，具體為采用如下步驟進行映射：

A.采用如下算式作為無限平面內隧道和溶洞通過共形映射映射到w平面的復變函數式：

式中z為z平面內任意一點；w為w平面內任意一點；a為由d、r_w和r決定的第一常數，且d-r_w＜a＜d+r_w；r為隧道半徑；d為隧道與溶洞的中心距離； r_w為溶洞半徑；R₀為由d、r_w和r決定的第二常數，且0＜R₀＜1；

B.采用如下算式作為對于任意方向的溶洞的映射函數式：