杜炜平[1]2001年在《隧道开挖地质灾害规律与防治对策研究》文中研究说明隧道开挖灾害研究必然以地质因素为其主要研究对象。本文以硬岩隧道开挖工程区域岩体(石)的各向异性研究为起点，从不同类型断层为主要构造形迹的应力分布特征出发，并结合隧道地下涌水灾害，系统研究隧道开挖的地质灾害类型，以宏观表象、主控因素、灾害机制及防治对策为主要研究内容，全面深入研究旨在为隧道开挖期间防灾、减灾提供理论基础与技术路线。 论文以原生型各向异性物质特征为基础，以岩体横观各向同性为假设条件，利用前人的理论研究结果，对于隧道开挖在此类各向异性岩体中的破坏特征进行了分析和总结，提出了不等强支护的策略技术。 本文针对不同性质的断层作用于隧道围岩的不同灾害类型及力学机制，根据研究需要，将断层分为正断层、平移断层与逆断层叁大类；从正断层区域的应力状态出发，定义了正断层区域节理岩体中隧道开挖的灾害类型为结构型破坏并对其进行分类；利用块体理论的思想方法研究隧道破坏过程，将岩块向临空面滑移分为叁种形式：塌落、沿单面滑移和沿两面滑移，并系统研究叁种滑移的力学机制；隧道支护以工程岩体分类为基础，提出隧道支护系统的建立应以主动支扩与被动支护相结合为主导思想；在研究正断层区域应力分布以自重应力为主应力的基础上，提出确定隧洞断面形状的“谐硐”原则，尝试性地提出隧道工程开挖灾害防治的工程应用程式。 在分析平移断层的原岩应力状态特征的基础上，讨论断层充填物中泥化夹层的形成机制与过程，系统研究泥化夹层的分布规律，及不同的岩性组合、夹层厚度、两壁硬岩层起伏差与构造运动对泥化夹层分布的影响；从理论上深入研究泥化夹层中水膜面的成因及特殊的力学机制，水膜面的不连续系数K_d对水膜面力学性质的影响；水膜面的形成使泥化夹层的强度降低了一个数量级之多，当水膜面消失后，泥化夹层抗剪强度又回复到其初始值；定义了隧道的灾害类型为应变型破坏；给出了引起隧道变形灾害的净荷载F公式。 以地质构造应力场的研究现状为前提，综合研究大量的地质资料，得出逆断层区域地应力场的变化规律；借助构造应力的概化手段，提出隧道工程区域构造应力概化的思路模型；对某地下工程区域进行地应力现场量测，编写了叁维应力量测应用程序。逆断层区域集中有较高的构造应力，从而使岩爆为其典型的灾害之一。本文根据人类地下工程的不同特点将岩爆分为6大类，逆断层区域隧道岩爆列属其中；建立断层两盘不同的岩性组合，即互层状、互列状与平行裂隙岩体的岩爆研究力学模型，规律性的研究为隧道岩爆的预测与防治提供了指导；文中结合岩爆预测核心内容，作出易于操作的逆断层区域隧道岩爆综合预测的程式和方法。 本文以唯象学为基础建立双孔变形渗流耦合模型，借助孔隙裂隙弹性理论，深入研究裂隙与孔隙之间的流体压力与固体变形之间的耦合关系，研究裂隙与孔隙之间的流体流动与双孔压差的关系；并结合Darcy定律研究双孔的瞬时位移量和流体压力随时间的变化规律：渗透性控制着双孔效应。研究表明，孔隙基质与裂隙之间因刚性差产生了一定的压差， 中南大学博士学位论文 隧道开挖地质灾害规律及防治对策研究双孔之间的流体转换及其应变效应使这种压差消失而达到一种新的平衡结构，隧道开挖破坏了这种平衡从而使双孔中的流体在渗透与流动过程中而涌入隧洞：据此本文研究了预测隧道涌水的理论与经验解析法，并提出隧道涌水预测研究的工作程式。
谢举[2]2013年在《岩溶隧道施工突水突变机理与防治对策研究》文中研究说明我国是世界岩溶分布面积最大的国家，仅出露地表的岩溶就占全国总面积的13.5%，地下岩溶分布就更为广泛，其中西南地区（主要是广西、贵州和云南南部）分布较严重。随着我国综合国力的不断增强，对地下空间的开发利用也不断增大，尤其是西部大开发建设以来，因岩溶地区建设而发生的塌方、岩爆、涌泥突水等地质灾害不计其数，造成的人员伤亡、经济损失及生态环境破坏更无法估量，而其中岩溶突水灾害的更为频繁且严重。因此，系统的研究岩溶突水对隧道施工的影响，并探讨其规律，对岩溶隧道施工中的安全性及突水灾害的防治等具有很大实用价值。论文针对岩溶隧道突水灾害问题，并在总结前人研究成果的基础上，采用理论分析及数值模拟分析的方法，探讨分析及总结了岩溶隧道突水的基本力学特征及规律、突水灾变机理、突水灾害防治对策等，重点分析了隧道施工中岩溶对隧道围岩及其结构的力学及稳定性影响，并根据其影响规律探讨岩溶突水规律，进而可为岩溶隧道突水灾害的防治提供参考。主要利用数值模拟方法研究叁种类型岩溶隧道（即顶部岩溶、底部岩溶及侧部岩溶）在不同影响因素（即岩溶与隧道间距、岩溶大小、岩溶水压）条件下的隧道围岩及其结构的力学及稳定性影响规律，并得出以下结论：溶隧间距越小、岩溶规模越大，对隧道围岩的稳定性越不利，当隧道开挖应力释放直接影响到岩溶所在区域，由于岩溶是一个软弱带，会导致隧道围岩发生塑性变形破坏，从而出现突水突泥现象；但当隧道开挖产生的围岩应力释放影响区域还在洞壁内，隧道周边围岩仍处于弹性受力状态，未发生塑性变形，则不会发生涌突水现象；但对于岩溶水压，其对隧道围岩稳定性的利弊还应根据实际情况综合分析判断。
杨艳娜[3]2009年在《西南山区岩溶隧道涌突水灾害危险性评价系统研究》文中进行了进一步梳理基于岩溶隧道涌突水灾害控制与安全施工的迫切需求，作者在隧道岩溶施工涌突水超前预报和灾害预警机制领域做了大量的工程实践工作和系统的理论研究。论文以西南山区岩溶隧道工程涌突水灾害实例调查分析为基础，以岩溶水系统调查和水文地质条件分析为手段，以已发岩溶涌突水灾害形成的基本地质条件和致灾因素为主要研究对象，建立了立足于西南山区特殊地质环境和复杂岩溶水文地质条件下，长大深埋岩溶隧道施工中的涌突水灾害危险性评价系统。研究在隧道岩溶施工涌突水灾害预警方法和理论方面具有一定的创新，主要成果如下：（1）以查明西南地区特殊构造和岩溶沉积环境条件下的岩溶发育规律和地下水赋存与运移特征为目的，系统分析和总结了研究区特殊构造控制条件下的地下水循环模式和岩溶蓄水构造类型，建立了较精细的地下水循环空间地质模型；（2）在对西南地区18条既成岩溶隧道已发145个涌突水灾害点资料系统收集（不完全）的基础上，探讨了灾害发生的模式、几率和涌突水量大小等特征与岩溶水系统的关系，结合隧道涌突水灾害的形成条件分析，查明了岩溶隧道涌突水灾害的主要致灾因素和影响因素，评价了岩溶水环境与隧道工程之间的相互作用关系；（3）引入一般地质灾害危险性评价的理论与方法，深入研究了岩溶涌突水灾害危险性评价系统建立的过程、方法、风险可接受水平等基本理论，采用影响因素综合评判法构建了岩溶隧道涌突水灾害危险性评价模型，提出了岩溶涌突水灾害的危险级别及相应危险度的评价标准；（4）在查明岩溶隧道涌突水灾害的主要致灾因素和影响因素基础上，综合考虑岩溶发育强度的影响因素与地下水循环运移条件、隧道工程的埋深等对灾害发生的影响程度，选取岩石的可溶性、地质构造条件、岩溶地表汇水条件、岩溶水循环运移特征及隧道相对于地下水位的埋深5个评价指标，建立了评价指标体系，并遵循定性与定量相结合的原则，对各评价指标的量化取值方法进行了深入探讨；（5）利用宏观数理统计分析方法，结合地质分析方法，量化分析了各评价指标与灾害发生几率和危害程度之间的相关性，建立了两者之间的普遍方程，并利用专家经验法、层次分析法及多元线性回归数学模型，评价了各指标之间的相互作用关系，确定了评价指标权重；（6）建立了岩溶隧道涌突水灾害危险性评价系统，并结合典型已建的圆梁山隧道、家竹箐隧道、中梁山隧道、新大巴山公路隧道和在建的玉蒙线通海隧道，对评价系统进行了完善和提高，形成了修正的评价系统，确保了评价系统的可靠性、适用性；（7）结合隧道施工中源头控制—过程控制—终端控制的灾害控制全过程管理思想，从优化施工支护设计和环境保护与发展出发，提出了相应危险级别的岩溶涌突水防治对策。（8）利用修正的评价系统对乌蒙山1#号隧道进行了岩溶涌突水灾害危险性评价研究，为确保该隧道的安全施工和岩溶涌突水灾害防治提供了重要依据。
杨子汉[4]2013年在《基于饱和与非饱和渗流隧道突水突泥研究》文中进行了进一步梳理隧道突泥地质灾害在岩溶隧道的施工中比较常见，一般突水突泥地质灾害出现的区域主要集中在掌子面和初期支护刚完成的区域。造成突泥地质灾害的因素有很多，比如岩层中存在断层、软弱夹层、破碎带、含沙层、土石分界处等，这些因素在外界环境的参与下都可能引起隧道在施工时产生突水突泥地质灾害。总的来说，大型的隧道突泥地质灾害对隧道施工的影响比较大，不仅仅给施工过程带来困难，影响施工的进度，而且突然地突泥灾害还在一定程度上威胁到施工技术人员的人生安全。若突泥地质灾害产生后处理不当，在二次开挖中也会消耗更多的工程量，造成不必要的经济损失。本文基于非饱和渗流基础理论，借助Flac3D有限差分软件、Geostudio二维有限元软件模拟分析了隧道突泥区域的隧道开挖和渗流情况。主要包括，运用Flac3D软件模拟分析在饱和情况下隧道开挖后围岩的受力变形特性；用Geostudio有限元软件模拟分析突泥区域在降雨条件和地表径流时隧道区域非饱和渗流与时间的规律。主要获得了以下一些成果：（1）通过固流耦合研究了隧道的稳定性，并分析了左洞地表塌陷对右洞的影响，结果表明左洞突水突泥对右洞稳定性不构成影响。（2）基于饱和与非饱和渗流理论研究隧道开挖地下水迁移规律，运用Geostudio二维有限元软件，分别模拟分析了在强降雨和地表径流情况下，隧道渗流与时间的关系，分析隧道施工突水突泥地质灾害产生机理。（3）根据突水突泥地质灾害的防治原则，针对瑶寨隧道提出了超前地质预报综合探测、二衬紧跟、帷幕注浆等具体的预防原则和治理方法。
陈新建[5]2004年在《黄土隧道工程地质灾害主要类型及分析评价》文中进行了进一步梳理黄土是第四纪干旱半干旱特定地区形成的具有特定物质组成和微观结构的特殊土，在古地形地貌基础上继承性堆积形成幔覆结构。颗粒级配、接触关系、孔隙类型和大小、胶联结构类型、状态及特征等关系构成黄土的基本骨架，决定了黄土构造特殊，强度偏低，承载力低，部分具有湿陷性。黄土表现出特殊的工程特性，对工程结构物危害大，为工程界普遍关注并被视为特殊工程地质体，在隧道工程中被视作特殊类型的Ⅱ、Ⅲ类软弱围岩。黄土隧道将黄土作为施作对象，开挖过程极大地改变了黄土体的天然应力状态，随着初期支护和二次衬砌的施作，又改变了黄土围岩的二次应力和叁次应力状态，使得原本就复杂的黄土工程特性又经历了复杂的应力调整过程，这一过程使洞室围岩的应力一部分转移到附近区域，另一部分则以塌方等地质灾害形式而释放掉。黄土节理发育，结构强度低，水理性质差，这是黄土隧道的首要难题。 隧道的工程地质条件密切关系到隧道修建时的开挖方法、支护形式以及衬砌结构的类型；围岩工程地质条件既是产生隧道地质灾害的物质基础，又是研究隧道地质灾害的载体，撇开人为因素隧道地质灾害都可以从围岩工程地质条件中找到根源。黄土的物理力学性质、压缩性、湿陷性、击实性、抗剪性、水理性等基本工程地质特性决定着黄土隧道围岩的工程性质。本文结合黄土隧道施工实践过程中出现的主要工程地质灾害，系统论述黄土的土体工程特性-黄土的含义及成因、成分和结构，在此基础上探讨其致灾机理——物理地质作用效应、地震作用效应、水作用效应、区域地质作用效应、综合作用效应和施工效应等，归纳出黄土隧道的主要地质灾害类型。 塌方是黄土隧道最常见的地质灾害，本文分析影响隧道塌方的主要因素(地质因素和施工因素)，从力学方法、赤平投影方法、数值方法、概率方法等途径分析黄土隧道塌方的机理、规律，评价塌方危害；总结了黄土隧道工程塌方的一些新特点：速度快、无征兆，具间歇性、方向性，塌方规模与施工密切相关，地层变化界面处和土石交界处以及地下水汇集处，容易塌方；引入安全系统工程理念和概率方法评价黄土隧道塌方危害，引入灰色模型预测隧道地质灾害。以有限单元法为基础的数值计算仿真模拟分析黄土隧道开挖的力学行为和变形特性的方法具有广阔的前景。 黄土地层中的水对隧道的影响举足轻重，围岩中水的作用是黄土隧道设计、施工时的重点研究内容和关注对象，对一些大的隧洞工程则仍需对其在饱和黄土中成洞的条件和黄土浸水的控制技术进行较深入的研究。黄土中的孔隙，空洞成为地下水有效存赋空间和运移通道，构成黄土的重要含水介质，而隧道开挖后低强度围岩新增节理裂隙又拓展了地下水的空间通道，本文从隧道围岩水的来源和作用分析、评价围岩含水量增高后产生的水危害；分析黄土围岩的水敏感性。黄土中水的作用主要表现为软化作用、润滑作用、溶蚀作用、增重作用、冲击作用和崩解作用，其结果是不仅降低
袁永才[6]2017年在《隧道突涌水前兆信息演化规律与融合预警方法及工程应用》文中认为随着国家基础设施建设的蓬勃发展和"一带一路"宏伟战略实施,我国交通、水电建设正逐步走向世界。隧道修建规模和难度不断增大,数量不断增多,修建过程中突涌水灾害频发,涉及公路、铁路、水电、跨流域调水以及矿山资源等诸多工程领域。隧道重大突涌水灾害难以遏制的重要原因在于,突涌水是一种多尺度嵌套的多物理场融合作用的地质灾害,目前尚未有效实现对突涌水动力灾变前兆信息的获取、辨识,在隧道突涌水预测方法和预警机制方面,缺乏科学的理论模型。本文以突涌水灾害发生过程中的前兆多元信息为对象,依托保宜高速尚家湾隧道和重庆市快速路歇马隧道,结合室内实验、理论分析、设备研发、模型试验、数据挖掘、软件开发和现场应用等研究方法,研究了突涌水灾害前兆多元信息演化模式、融合预测方法和远程预警机制,获得以下成果。(1)通过对典型突涌水灾害案例剖析,结合大量国内外突涌水实例,划分了含水致灾构造类型,依据造成灾害发生的含水致灾构造类型,将突涌水划分成裂隙型、溶洞溶腔型、断层型和管道及地下暗河型。基于突涌水形成的物质条件、地质构造和水源条件特征,建立了突涌水孕灾模式,将突涌水工程地质模式划分为无补给静储量、弱补给静-动储量和强补给动储量叁种。通过分析国内10年内50多例隧道突涌水灾害,根据隔水阻泥结构性质的不同,突涌水灾害分成隔水岩体破坏突涌水和充填渗透失稳突涌水。(2)通过研究不同隔水阻泥结构破坏过程中伴随产生的相关物理量,得到隔水阻泥结构失稳前兆多元信息的发展规律,基于叁维重整化群的破坏概率理论,实现了临界特征点的判识,通过改进Poynting-Thomson模型,建立了突涌水灾害的弹塑脆性突变模型,诠释了隔水岩体结构非稳定破坏的突发性和延时性,建立了突涌水危险性监测预警判别准则,为后续研究提供理论基础。(3)发明了全自动真叁轴地质力学模拟试验系统,可实现应力场叁维效应的综合试验平台,包含叁维模型钢结构框架系统、液压稳压控制系统、水压加载系统、开挖工具系统和数据监测与采集系统,可以实现叁维地质力学动静态加载综合模拟,可施加自重应力场及构造应力场,能够满足深埋或高地应力条件下隧道开挖叁维力学特性模拟试验,实现由平面应变场到准叁维应力场再到叁维应力场的转化,试验模型体可自动进出,加载过程中稳压系统智能补偿压力损耗,满足试验的高精度需求,研制了全新的水压加载装置,提供持续稳定的有压水源,同时研发了配套的试验辅助装置,实现突涌水前兆多元信息实时监测获取。(4)利用研制的全自动真叁轴地质力学模拟试验系统,采用第叁代相似材料CBCS进行隔水岩体破坏突涌水模型试验,真实模拟了在开挖扰动和水压联合作用下隔水岩体破坏突涌水发生全过程,监测得到位移、渗压和应力等前兆信息的演化规律,揭示了隔水岩体失稳过程的灾变机理,通过融合突涌水前兆多元信息,得到隔水岩体失稳突涌水前兆多元信息的敏感性排序为:应力信息>位移信息>渗压信息。(5)利用研制的充填介质渗透破坏突涌水物理模拟试验系统,开展渗透破坏突涌水模拟试验,获取其前兆信息演化规律,得到了充填渗透失稳突涌水前兆信息的敏感性排序为:位移信息>渗压信息>应力信息。同时依据突涌水规模的演化特点,将充填介质渗透失稳突涌水分为渗流阶段、突变阶段和紊流阶段,水质由浑浊变清是渗流突变的拐点,也是充填渗透失稳突涌水灾害发生的重要前兆信息。(6)基于隧道突涌水前兆多元信息演化规律,形成两类突涌水灾害前兆信息演化模式。运用多元统计分析中的主成分分析及因子分析方法建立隧道多类型突涌水模式匹配模型,通过改进D-S证据融合理论建立了隧道突涌水前兆多元信息融合分析方法。采用日志审计的方法对△T时间段内的突涌水态势进行量化计算,引进改进的D-S融合理论进行融合分析,结合实时监测数据对分析结果进行修正,引入GM(1,1)、ARMA和Holt-Winters等模型对突涌水态势进行预测,为突涌水灾害准确预警建立基础。(7)开发了隧道突涌水融合预警软件,引入地质前兆信息、预报前兆信息和施工监测信息等施工过程前兆分析,预判含水致灾构造的空间位置与含水量大小,建立了基于勘察、预报、施工为基础的预警理论,为监测布点和有效主动防控提供了重要参考依据。采用无线渗压、应力、位移等传感器对前兆多元信息实时监测,基于无线传输技术将监测信息传至远程云端,实现山东大学总监控中心、工地分中心、互联网电脑、手机等多终端对隧道突涌水异地、实时监控与预警。利用该研究成果,某隧道工程施工过程中的突涌水风险得到了有效规避,保障了施工安全。
何锋[7]2005年在《叁峡引水工程秦巴段深埋长隧洞开挖地质灾害研究》文中认为本文结合实际工程，在收集、分析前人研究结果的基础上，通过野外地质调查，室内试验测试分析和模型计算，运用工程地质学、岩体力学等多学科理论和方法，开展叁峡引水工程秦巴段深埋长隧洞开挖地质灾害方面的研究工作，在项目组各位老师和同学的协助下，重点研究：(1)叁峡引水工程秦巴段区域稳定性和活动断裂；(2)区构造应力场和秦岭特长隧道段隧道围岩应力场分布特征及其叁维有限元的仿真模拟；(3)叁峡引水工程秦巴段线路工程地质条件和问题；(4)叁峡引水工程秦巴段隧洞岩爆、突水、大变形研究；经过2年多的研究取得了以下初步进展和认识：1、运用工程地质力学的基本理论，以具体工程为例，初步提出了较为系统、全面的、适用于条件差、地质复杂、资料少等可行性研究阶段的深埋长大隧道主要地质灾害预测研究的思路和方法；提出隧道地质灾害预报具有明显的阶段性及其预测研究的基本思路。2、区域现今应力场分析表明：①现今区域应力场方向以NNE向挤压为主，与SN向输水隧道成小角度相交，有利于隧洞的稳定性。②现今最大主压应力量值一般都随深度增加而增加。在离地表100m范围以内，最大主压应力值在16MPa以下；在距地表100—500m范围内，地应力值不超过30MPa。3、叁峡引水工程秦巴段线路工程地质条件比较复杂，横向断裂多、岩体变形较破碎、局部软弱夹层多。隧洞开挖存在的主要地质灾害是岩爆、大变形和突水。特别是①秦岭特长隧洞埋深600—1700m，开挖过程中的岩爆灾害将比较突出；②大巴山南部的断裂带和岩溶突水问题比较严重。4、在系统总结分析影响岩爆发生8大因素的基础上，提出以岩石单轴抗压强度R_c与最大主应力σ_1的比值作为判别叁峡引水工程秦岭特长隧洞岩爆发生的指标，着重预测了秦岭特长输水隧洞岩爆灾害发生的地段与烈度等级，并对引水工程秦巴段全线可能发生岩爆的区段作出预测。结果表明：①汉江以南的大巴山地区，发生强岩爆的地段少，只有局部厚层白云岩有可能发生小规模岩爆。②汉江北部的凤凰山隧道一带局部可能发生强岩爆，强岩爆可能集中在深埋隧道3—5km的范同内。②秦岭主峰附近深埋隧道发生强岩爆的可能性很大，发生强岩爆的分布范围长达50km左右，其中，秦岭主峰的20km左右范围尤其需要注意。其它大部分地段发生强岩爆的可能性很小。5、叁峡引水工程秦巴段隧洞可能发生突水地段预测评价结果表明：秦巴段沿线隧道施工可能发生突水的地段比较多，其中，可能发生大规模突水的地段主要集中在大巴山的断层带与岩溶复合控制地段，特别是大巴山南麓的两河口—岔溪口之间的前河隧道、大巴山北部毛坝—汉江的洪家山隧道需要重视大规模岩溶突水灾害；秦岭深埋隧道主要是断裂带和节理密集带突水，以中等规模为主，局部断裂交叉部位可能存在大规模突水过程。6、秦巴地区从南向北的主要软弱岩土体类型包括：四川盆地的侏罗纪泥岩、大巴山地区的志留系泥质岩，秦岭造山带中的元古界片岩(云母片岩、绿泥石片岩、滑石片岩)和劈理化板岩，古生界的千枚岩、板岩、炭质页岩，月河盆地的白垩纪泥岩、胶结程度不高的断层破碎带及第四纪粘土等都是容易发生大变形及其相关灾害的软弱夹层。
刘刚锋[8]2010年在《公路隧道施工不良地质灾害对策研究》文中研究表明随着我国基础设施的大规模建设以及西部大开发战略的实施,公路隧道建设进入了一个高峰期。由于工程地质的复杂性,人们无法准确预测地质情况,在隧道施工过程中经常遇到岩爆、塌方、涌水等不良地质灾害,由此引发的工程事故,轻则延缓工程进度,增加工程造价,损坏机械设备,重则将导致人员的伤亡和整个工程的失败。本文主要是以施工常见的不良地质灾害为研究对象,首先在查阅不良地质灾害相关文献的基础上,归纳整理出岩爆、断层、岩溶、涌水、塌方、偏压等不良地质灾害的基本理论、预测方法、处治措施。结合隧道施工中不良地质灾害的处治经验,制定出了常见几种不良地质灾害治理的流程图。其次,采用Access2007数据库系统对公路隧道施工不良地质灾害处治措施进行管理,最后,以ASP技术为基础,研发了公路隧道不良地质灾害对策系统。该系统包含了不良地质、地质灾害、特殊岩土、工程实例四部分内容,基本涵盖了隧道施工中遇到的地质问题,能够方便快捷为隧道施工的不良地质灾害的治理提供参考意见。该系统在长城岭隧道的涌水治理过程中得到了成功应用,取得良好效果。
刘丽[9]2014年在《岩溶隧道修建风险评估及关键参数研究》文中研究表明西部地区尤其是西南地区的公路隧道建设过程中，不可避免要遇到岩溶地质条件。在当今对安全施工和生态环境保护高要求的条件下，在岩溶地区修建隧道存在很多技术性难题。岩溶隧道修建风险评估与预警、防治对策以及溶洞和隧道间岩层的最小安全厚度关键参数成为不可忽视的问题，需要开展深入研究。本论文依托万利高速公路长安寨隧道，采用资料调研、理论分析、数值分析等研究方法，主要研究内容包括：运用层次分析法和模糊综合评判理论对岩溶隧道水害风险进行评估，得出岩溶隧道水害风险等级，根据风险评估等级确定出其对应的预警级别，并制定出不同预警级别的预控对策；运用ANSYS软件建立溶洞—隧道模型，研究不同位置溶洞和隧道之间岩层的最小安全厚度，并针对不同溶洞跨度、不同溶洞高跨比对溶洞和隧道之间岩层最小安全厚度进行数值分析，总结出它们之间的影响规律。通过以上的分析研究，主要得出以下结论：①岩溶隧道水害主要受到岩溶发育程度与蓄水构造的控制，其突水风险可分为四个等级，其中，Ⅰ级风险最高，Ⅳ级风险最低。②对应水害风险评估等级，岩溶隧道突水突泥预警级别可分为四个等级，分别用红色（Ⅰ级，最严重）、橙色（Ⅱ级，严重）、黄色（Ⅲ级，较重）、蓝色（Ⅳ级，一般）四种颜色表示。③对于岩溶隧道的防治，首先要重视超前地质预报，切实落实监控量测工作，备足抽水等应急设备，要制定逃生应急预案，遇到可溶岩与非可溶岩接触带时，要采用管棚、小导管、预注浆等手段对围岩进行预支护。④对于溶洞跨度，无论溶洞位于隧道哪一侧，隧道和溶洞间岩层最小安全厚度均随溶洞跨度增大而增大。⑤对于溶洞高跨比，无论溶洞位于隧道的哪一侧，当溶洞向着水平或垂直方向发展时，溶洞和隧道之间岩层所需要的最小安全厚度逐渐增加；当溶洞高跨比趋近于1.0时，即溶洞形状接近圆形时，溶洞和隧道间岩层所需最小安全厚度逐渐减小；当溶洞高跨比等于1.0时，即溶洞形状为圆形时，溶洞和隧道之间岩层最小安全厚度最小。⑥隧道侧面溶洞对溶洞和隧道之间岩层最小安全厚度影响最大，其次是底部溶洞。
郭佳奇[10]2011年在《岩溶隧道防突厚度及突水机制研究》文中指出摘要：随着我国西部大开发战略的快速推进,西部地区交通等基础建设迅猛发展,长大岩溶隧道建设越来越多。岩溶隧道修建过程中,经常遇到突水、涌泥等大型地质灾害,轻则冲毁器具,贻误工期,重则造成人员伤亡和重大经济损失。本文以岩溶区隧道施工中防突层突水灾变为研究对象,通过工程实例调查、室内试验、理论分析以及数值模拟等手段,分析山岭隧道—岩溶系统概化模型及岩溶隧道突水机理,建立隧道与周边隐伏溶腔间岩层最小防突厚度及掌子面前方岩墙安全厚度的计算方法,并总结和概括岩溶隧道突水防治对策,取得了一系列具有重要理论意义和工程应用价值的研究成果：(1)以最具代表性的宜万线岩溶隧道为例分析了山岭隧道岩溶发育特征、分布规律及形态,阐明了隧址区的地层岩性、岩层构造、地下水渗流途径等因素是深部大型岩溶形态及空间分布的主控因素,总结了不同岩溶形态的地质灾害及风险,并进一步分析了其与岩溶隧道的位置关系。基于此,将隧道—岩溶系统概化为弹性梁板模型、双孔洞模型、裂隙导通模型等四种力学模型,为采用定量手段研究岩溶隧道灾害机理提供基础；(2)通过室内单轴压缩试验、叁轴压缩试验以巴西劈裂试验对岩溶区灰岩的基本力学性质和强度特征进行了深入研究,发现自然状态和饱和状态的岩溶区灰岩力学性质差别显着。结合现场调查得出的岩体结构特征和主要结构面的表面状况,确定了地质强度指标GSI和岩体的霍克—布朗岩体强度参数及变形模量；(3)通过实际岩溶隧道突涌水实例的调查与分析,将岩溶突水划分为高压裂隙突水、富水溶腔突水、地下暗河或岩溶管道突水及断层突水,并从微、宏观层面分析了岩溶隧道突水机理,指出围岩二次应力重分布和高水头岩溶水压力共同作用下的综合破坏型突水是岩溶隧道突水的主要类型,并通过离散元数值模拟对隧道与水压充填溶腔间防突岩层破坏突水灾变过程进行了验证；(4)针对大尺度隐伏溶腔,将防突岩层简化为两端固定梁模型,采用弹性理论,基于岩体抗弯、抗剪强度准则建立岩层最小防突厚度计算方法；针对中小尺度隐伏溶腔,采用Schwarz交替法结合格里菲斯强度准则计算岩层最小防突厚度,并编制基于该方法的计算程序,同时讨论了埋深、侧压力系数、溶腔尺度等因素对防突厚度的影响,特别是岩溶水压力的影响；针对裂隙导通突水模式,采用最小拉应力理论研究了隐伏断层活化突水方向,根据裂纹扩展准则建立了该突水模式下的最小防突厚度计算公式；(5)从断裂力学角度分析了高压岩溶水作用下裂隙的扩展机理,发现自然营造力作用下的水压劈裂多属压剪破坏模式。运用断裂力学和水力学理论分析了隧道掌子面突水的滞后效应和扩径效应,指出裂纹扩展的跳跃性在宏观上表现为隧道掌子面突水的滞后性；掌子面突水通道的最终形成需经过多个阶段,其最终尺寸受岩溶水压力、掌子面岩体工程质量等因素的控制。在综合分析基础上,认为隧道掌子面突水是由于开挖扰动降低了水压劈裂的临界水压力导致的,基于此观点,建立了基于临界水压力的掌子面岩墙安全厚度计算公式；(6)根据防突厚度及突水机理的研究成果,结合岩溶隧道灾害治理的工程实践及前人在此方面的研究结论,总结、概括了岩溶隧道突水防治的基本原则、突水治理对策,重点讨论了防治高压富水充填溶腔突水突泥灾害的新技术—释能降压法。
参考文献：
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