基于Hoek-Brown准则的最小安全岩层厚度模型研究

针对岩石断裂突水的非线性破坏特征,将Hoek-Brown准则等效成Mohr-Coulomb准则,建立基于MohrCoulomb准则和虚功原理的防突岩层安全厚度模型,推导了最小安全岩层厚度计算公式。公式表明,最小安全岩层厚度主要受隧道埋深、溶腔水压和完整岩石试样抗压强度的影响,同时还受岩石结构类型、岩体风化状况、爆破扰动和应力松弛等因素的影响。文章定义了"单调突变水压",用其来表示最小安全岩层厚度随埋深变化曲线单调性突变的临界溶腔水压值,同时定义了"特征水压",用其来表示不同埋深下最小安全岩层厚度相等时的临界水压值。以某隧道为例,研究最小安全岩层厚度随主要参数的变化规律,研究表明溶腔水压小于单调突变水压时,最小安全岩层厚度随埋深的增大而减小,溶腔水压大于单调突变水压时,最小安全岩层厚度随埋深的增大而先增大后减小;当不同埋深下隧道掌子面前方溶腔水压达到特征水压时,最小安全岩层厚度值相等;同时最小安全岩层厚度随岩石试样单轴抗压强度增大而减小。将该模型运用于某铁路隧道中,预测结果可靠。研究成果可以应用于隧道突水灾害的风险评价中,对突水风险管控有一定意义。

基于信息扩散的隧道突水岩层安全厚度概率模型研究

通过虚功原理和莫尔库伦强度准则建立隧道最小安全岩层厚度力学模型,并推导计算公式,从公式看出最小安全岩层厚度受隧道半径、岩石内摩擦角度、掌子面前溶腔水压和黏聚力等因素影响。针对小样本信息不完备特点,基于信息扩散原理建立岩石力学参数(黏聚力、内摩擦角、弹性模量)和最小安全岩层厚度概率估计模型,以宜万铁路5个隧道的样本数据为基础,获取了岩石力学参数和最小安全厚度概率密度分布函数,并且绘制了图形。依据信息扩散原理建立的隧道最小安全岩层厚度概率模型能很好地利用样本数据信息。建立的最小安全岩层厚度概率模型可以应用到岩溶隧道突涌水灾害的风险评价中,对设计和施工有一定参考价值。

隧道隔水板安全厚度数值模拟与模型试验研究

为获取在不同地应力、围岩类型以及水压下隧道突水时的最小安全岩层厚度,基于深长隧道最小安全岩层厚度概念,采用岩石的相似原理,研制了一种用于模拟突水灾害的模型试验系统,主要由主装置、模型试样压实装置和掘进装置组成,该模型试验系统可实现对不同地应力、围岩类型以及水压的模拟.研究结果表明:当试验围压、轴压设定为0.42 MPa时,水压为0.14 MPa时,获得了突水时模型最小安全隔水板厚度为31.12 mm,换算成真实岩石的厚度为3.112 m,与FLAC3D建模计算得到的最小安全隔水板厚度3.33 m比较接近,从而验证了模型试验的可靠性.