基于岩溶分布分析的突水风险评估模型研究

为实现岩溶突水风险评估的全过程动态修正与管理,一以岩溶发育分布规律为基础,采用半定量分析方法,估计溶洞与隧道在剖面图中的相对位置距离值,二将防突水岩层安全厚度的预测划分为初步估算、二次估计和动态测算3个阶段,每个阶段均采用有效的修正方式,不断获取更加准确且适用的防突岩层安全厚度预测数值。然后,综合考虑防突岩层安全厚度以及爆破开挖扰动深度影响,提出岩溶突水风险概率等级评价标准;通过划分突水量和溶腔高水头压强的等级,提出岩溶突水风险后果等级评价标准;并以二者为基础构建岩溶突水风险等级评估矩阵。最终,构建基于岩溶分布态势与防突岩层厚度的岩溶突水风险评估模型。通过具体工程实例检验,理论结果与实际情况相对比,验证所构建岩溶突水风险评估模型的合理性与可行性。     

岩溶隧道涌突水原因分析及治理技术探讨

对岩溶发育特征与涌突水的关系作了深入介绍并给出了判断标准,提出岩溶涌水与气温、降雨量和降雨强度、施工引起的应力分布等因素有关,通过数值模拟和理论分析阐述了岩溶突水的止水岩柱受拉破坏、裂隙剪切破坏、裂隙水力扩张、块体失稳破坏等突水机理,并对突水压力和突水量的估算和岩溶治理技术做了介绍。     

强岩溶区隧道施工中隧底最小安全厚度分析研究

岩溶隧道底板以下既有溶洞对隧道施工安全及铁路运营有直接的影响，分析、评价岩溶隧道底板的稳定性是岩溶隧道施工的关键问题之一。采用荷载传递线的概念，提出了岩溶隧道底板最小安全厚度的半定量评价方法；采用弹性理论建立了在岩体按抗拉和抗剪强度准则基础上的岩溶隧道底板岩层的最小安全厚度的理论公式，为施工期岩溶隧道底板安全性评价提供了依据。     

岩溶隧道突泥机理及最小安全距离研究

以某岩溶隧道为研究对象,在对其发生突泥力学机理分析的基础上,采用FLAC有限拆分软件将距发生岩溶所在地10m里程分为4个模块进行仿真模拟,并分析对比其开挖不同里程时的破坏场特征、位移场特征和应力场特征。结果表明:当隧道顶板离岩溶的距离为2m时,其破坏形式、位移和应力都有明显的变化,从而可知该隧道顶板离岩溶的最小安全距离为2m。     

某隧道岩溶突水机理分析及安全岩墙厚度的确定

结合涌水实例用地质法分析了涌水区溶洞暗河形成过程，并成功应用于涌水预报中；对岩溶涌水机理进行了分析，阐述了岩溶发育的条件及施工地质调查的范围与内容；从几方面分析了涌突水的成因及确定施工中安全岩墙厚度应考虑的几个因素，提出了本工程的安全岩墙厚度值及施工策略。     

岩溶及采空区路基岩层顶板安全厚度确定方法研究

在深入分析岩溶及采空区岩层顶板安全厚度影响因素及岩溶岩层顶板安全厚度传统半定量分析方法存在的缺陷的基础上，结合潭邵高速公路岩溶及采空区路基稳定性的特点，提出利用三维非线性有限元分析手段和枚举优化理论确定岩溶及采空区岩层顶板安全厚度的方法。     

古蔺县中坝岩溶隧道涌突水机制分析

正确认知和掌握隧道涌突水的形成机制,对隧道的施工安全有着重要的意义。以古蔺县中坝岩溶隧道涌突水作为研究对象,在详细调查沿线水文地质条件和岩溶发育特征的基础上,借鉴前人的研究资料,初步推断出岩溶涌突水形成机理。     

岩溶隧道突泥机制与防治技术研究

为规避和降低岩溶隧道的突泥风险,采用归纳分析方法总结岩溶与隧道的位置关系,基于力学分析方法揭示岩溶隧道的突泥机制和主要影响因素,并以贵都高速公路九条龙隧道突泥现场实例,对突泥事故原因、处理方案和防治措施展开论述。得出以下结论:1)岩溶与隧道的位置关系可划分为隧道周围存在岩溶、隧道整体穿越岩溶和隧道部分穿越岩溶3种类型;2)从宏观和微观2个方面揭示岩溶隧道的突泥机制,其宏观机制是指岩溶隧道不同的突泥类型,其微观机制是指地下水对地层的小尺度物理力学作用;3)针对岩溶隧道不同工程地质特征,应重视工程勘察和隧道施工作业中的超前预报,采用合理的开挖方法和超前支护措施,规范施工作业流程,预防岩溶隧道突泥事故的发生。     

顶部溶洞水压对隧道突涌水灾害影响的数值分析

岩溶地区地质条件复杂,在隧道修建中存在溶洞突涌水安全隐患,而顶部溶洞带来的灾害性更加明显,溶洞水压是其重要影响因素。针对隧道顶部溶洞,建立数值模型,将溶洞水压作为工况因素,分析围岩中的孔隙水压力变化规律,揭示隧道开挖过程中突涌水通道的分布情况。基于数值模型中单元孔隙水压力突变最大值判断方法,溶洞与掌子面围岩达到塑性状态后,监测两者之间的单元孔隙水压力随开挖步变化速率,找出每一行单元中的最大值,从而确定不同溶洞水压下的突水通道及安全厚度。研究表明,随着顶部溶洞水压增大,突水通道距离溶洞底部由近及远,而安全厚度也随之增大。     

岩溶隧道断续节理掌子面突水判据及灾变过程

为了给岩溶区隧道掌子面突水灾害的预警与防治提供理论支持,针对岩溶隧道掌子面断续节理防突岩体,从断裂力学角度分析了地应力和岩溶水压力等自然营造力作用下断续裂纹的压剪起裂属性以及分支裂纹尖端应力强度因子随水压和支裂纹扩展长度的变化规律,推导了断续节理岩体发生轴向张拉贯通破坏突水的临界水压力。运用两带理论和推导的临界水压力公式,建立了基于最小安全厚度的岩溶隧道掌子面断续节理防突层失稳突水判据,并分析了掌子面前伏岩溶水压力、断续主裂纹长度、断续裂纹排距及裂纹与最大主应力夹角等对防突层最小安全厚度的影响规律。采用可考虑流固耦合效应和岩体结构特征的三维离散元数值分析方法,研究了岩溶隧道近接前方高压富水溶腔顺序开挖中掌子面防突层岩体位移场、渗流场等演化规律及其临突特征。数值模拟结果表明：随着岩溶掌子面的不断推进,掌子面防突层岩体挤出位移逐渐由单一卸荷引起向卸荷和前伏岩溶水压共同影响过渡;掌子面各测点位移及位移增加幅度均持续增大;掌子面挤出位移和掌子面水流速度在突水通道即将形成时出现激增和突升现象,具有明显的突水前兆特征。     

隧道底部溶洞顶板安全厚度预测模型

以某公路岩溶隧道为背景,采用二维弹塑性有限元方法对隧道开挖进行数值模拟计算,分析隧道底部溶洞顶板安全厚度的影响因素,研究各影响因素与安全厚度的相关变化规律,并用多元回归和支持向量机方法建立能综合体现各影响因素的溶洞顶板安全厚度预测模型,从而为岩溶隧道设计施工提供一定的科学依据和指导。     

岩溶隧道与下部溶洞间安全距离预测模型研究

为了完善现有的岩溶隧道与溶洞间安全距离预测模型,在已有的二维预测模型基础上,利用正交试验和数值模拟方法,同时对数值试验结果进行多元线性回归分析,得到包括溶洞空间形态在内的多因素共同作用下的岩溶隧道安全距离三维预测模型。该模型能够定量地预测隧道埋深、围岩水平、溶洞跨度、水平方向夹角及溶洞高跨比5个因子对隧道底板与下方溶洞之间所需安全距离的影响,进而预测所需的安全距离。最后将该预测模型用于实际工程,其结果与现场实际采用的安全距离差别不大,从而说明该模型具有一定的可靠性。     

岩溶区桩端持力岩层安全厚度计算研究

通过对岩石形特性及其破坏机理的深入分析，对岩溶区桥梁桩基桩端持力岩层安全厚度的确定进行了较全面的探讨，提出了一系列便于工程应用，且经济、安全可靠的计算公式，并结合湖南省潭邵高速公路建设，对公式的使用范围、注意事项、影响因素以及合理的安全系数的选取等进行了讨论。     

基于厚板理论确定岩溶及采空区路基岩层顶板安全厚度

基于Reissner厚板理论,在求解过程中结合加权余量法,概化了岩溶及采空区顶板的力学模型.以四边固定与四边铰接为边界条件,考虑岩溶及采空区顶板上部受到均布荷载作用,推导了均布荷载作用下岩溶及采空区顶板的挠度方程和内力表达式,揭示了均布荷载作用下顶板应力和挠度随项板厚跨比的变化规律.联系实际工程,以顶板岩层抗拉强度为计算控制条件,结合岩溶及采空区顶板安全厚度计算公式,对挠度计算方法的合理与准确性进行验证.     

穿越破碎带隧道掌子面力学模型及最小安全厚度研究

隧道穿越断层破碎带的稳定性及安全防护问题是目前隧道建设的难点。针对隧道掌子面前方存在破碎带松散岩土体的典型工况,基于隧道围岩以及掌子面的力学特性,采用理论计算、数值模拟、工程实践相结合的手段,提出了掌子面稳定岩体的最小安全厚度计算方法,并对隧道掌子面前方破碎带的预加固及处治方案进行了探讨。首先,建立了破碎带-岩板力学模型,将掌子面的岩体等效为受荷载作用的岩板,对受破碎带压力的岩板最小安全厚度展开计算分析,得到了岩板厚度与岩层倾角、破碎带有效高度的关系表达式,并对帷幕注浆处理参数进行了优化;随后基于理论计算结果,与某隧道穿越破碎带施工中因未控制掌子面岩体厚度而导致隧道失稳的典型案例展开对比分析;最后结合Comsol Multiphysics软件开展数值仿真模拟,分析了不同岩层倾角、隧道埋深、注浆预处理参数等因素对掌子面岩板最小安全厚度的影响。结果表明：理论计算、工程实际与数值模拟结果具有较好的一致性;正常施工时掌子面最小安全岩板厚度随破碎带有效高度的增大而增大,随岩层倾角增大而减小,故应在达到安全厚度之前对破碎带进行预支护;在选用帷幕注浆方法对破碎带进行预处理时,最小安全岩板厚度随着岩层倾角的增大而减小,此时在注浆过程中需要保留较大的安全厚度,同时控制注浆压力。     

基于BP神经网络方法的岩溶隧道突涌水风险预测

为了准确预测岩溶隧道突涌水风险等级,以降低隧道施工过程中突涌水事故的风险,在参考相关文献的基础上,统计研究及综合分析岩溶隧道水文地质条件,选取不良地质、地层岩性、地下水位、地形地貌、岩层倾角和围岩裂隙6个主要因素作为岩溶隧道突涌水风险评价指标。在不同水文地质条件下,影响因素的权重有较大差异,为避开影响因素权重分析,运用BP神经网络方法对岩溶隧道突涌水风险进行评估。在对突涌水风险评估基础上,结合超前地质预报,优化隧道施工开挖支护方案。在工程应用中,运用BP神经网络方法,对某隧道进行突涌水风险评估,结果与实际施工情况较一致,并结合超前预报提出合理的支护方案,避免了隧道突涌水事故的发生,以期为岩溶隧道突涌水风险预测提供借鉴。