두 개의 평행 단층이 중첩된 터널의 물 유입 및 침투 특성에 대한 수치적 조사

Aug 23, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 11806(2023) 이 기사 인용

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물 유입은 터널 및 기타 지하 엔지니어링 프로젝트의 안전을 위협하는 주요 지질 재해 중 하나입니다. 단층대는 그러한 사건의 중요한 지질학적 원인 중 하나입니다. 단층대를 가로지르는 터널의 유동 거동 변화에 대한 수치적 조사는 이러한 유형의 지질재해를 예측하고 예방하는 데 중요합니다. 본 연구에서는 "3대(Three Zones)" 단층 구조 이론에 따라 두 개의 중첩된 병렬 단층을 갖는 수치 조사 모델이 정상 단계에서 확립되었습니다. 단층대의 빠른 난류는 개선된 Darcy-Brinkman 침투 모델을 사용하여 시뮬레이션되며, 일반 암석대의 느린 층류는 Darcy 방정식으로 설명됩니다. 터널 굴착면과 중첩된 평행 단층 사이의 상대적인 위치와 거리가 지하수 간극압 및 유속에 미치는 영향을 여러 시나리오를 통해 연구하고 터널로의 물 유입량을 계산합니다. 수치조사 결과, 터널면이 단층중심 코어, 파쇄대, 보통암반, 중첩단층 중심으로 굴착되는 동안 굴착면 앞쪽의 간극수압 값은 증가하고 유속은 감소하는 것으로 나타났다. 순차적으로. 단층중심 코어 중심으로 터널면을 굴착할 때 유입량이 가장 크며 이는 중첩영역의 범위와 밀접한 관련이 있다. 조사 결과는 터널이 두 개의 중첩된 평행 단층을 지나갈 때 물 유입 지질 위험에 대한 조기 경보를 예측하기 위한 실질적인 참고 자료를 제공합니다.

"일대일로" 계획의 시행으로 중국 서부 지역의 광업, 운송, 수자원 보존 및 수력 발전 프로젝트와 같은 기반 시설 건설이 급속히 진전되었습니다1. 현재 중국의 터널 깊이, 총 길이 및 총 터널 수는 세계 1위를 차지하고 있습니다2,3,4. 불행히도, 깊은 매설 터널 건설 중에 물과 진흙 유입이 빈번하고 주요한 지질 재해가 되어 상당한 경제적 손실과 인명 피해를 초래했습니다5,6. 단층이나 부서진 암석과 같은 불리한 지질 구조로 인해 발생하는 물과 진흙 돌입 사고를 피하는 것이 지하 공학 연구의 초점 중 하나가 되었습니다7,8,9. 터널 굴착면이 단층대를 통과할 때 지하수 흐름의 진화 법칙을 연구하는 것은 유입 속도를 예측하고 물 유입 위험을 크게 줄이고 터널 건설 시 경제적 손실과 인명 피해를 방지하는 데 도움이 됩니다10.

다양한 물 유입 채널의 진화 원리 및 발현은 단층대의 물 유입 채널 개발 법칙이 유체 압력 및 발파 진동과 같은 요인과 밀접한 관련이 있다고 결론지었습니다11. 일부 학자들은 고온, 고압 조건에서 터널로 유입되는 물과 진흙에 대한 다단계 종합 조사 접근법을 제시하고 대규모 단층대의 거시 지질학적 모델을 기반으로 조사했습니다12,13. 일부 학자들은 단층대를 횡단하는 터널의 지하수 흐름 거동과 물 유입 메커니즘을 이해하기 위해 이론적 분석, 실험실 테스트 및 수치 시뮬레이션을 수행했습니다14,15,16. 이론적 분석 방법에는 신경망의 도입, 재난 이론 및 지하수 유입의 진화를 설명하는 기타 비선형 접근법이 포함됩니다. Zheng et al.17은 채워진 카르스트 터널에 대한 "활성화 계수" 개념을 제안하고 시간이 지남에 따라 불안정한 지역의 진화를 분석했습니다. 실험실 테스트에는 실험실 테스트, 모델 테스트 및 현장 테스트 등이 포함됩니다. 예를 들어, Jeon과 Wang et al.18,19은 벽암의 안정성과 파괴 발달에 대한 물리적 모델 테스트를 수행하고 단층과 열악한 층층면이 터널 벽암의 안정성과 침투 특성에 미치는 악영향을 분석했습니다.