前伏不同角度富水溶洞下节理隧道最小防突层厚度研究

为研究前伏不同角度富水溶洞下节理隧道最小防突层厚度,基于断裂力学和弹性力学理论,分析节理裂隙在开挖扰动和岩溶水压共同作用下的扩展起裂机理,建立隧道围岩节理翼裂纹扩展模型,将防突层厚度分为扰动带厚度和节理带厚度,提出含节理隧道掌子面最小防突层厚度计算方法;根据算例分析不同方位溶洞下节理长度、节理倾角、掌子面开挖大小等参数对最小防突层厚度的影响规律。结果表明:掌子面最小防突层厚度随溶洞方位角增大先增大后减小,在方位角为30°时出现峰值;防突层厚度受节理几何特征影响明显,防突层厚度随节理长度增大而增大,防突层厚度随节理倾角增大先增大,在达到峰值厚度后开始减小;溶洞方位角超过25°时,开挖半径对最小防突层厚度影响显著。该结论对岩溶地区的节理隧道开挖安全施工具有参考意义。

深埋隧道溶洞岩体防突层安全厚度研究

为防治深埋岩溶隧道开挖诱发的围岩突水灾害,文中依托巫镇高速笔架山隧道,在考虑溶洞水压条件下研究了充水溶洞位于隧道不同方位、不同距离以及不同埋深时隧道围岩塑性区变化规律。研究结果表明,溶洞位于隧道底部时洞内水压对岩体支护作用最为显著,但该位置的防突层安全厚度受隧道埋深影响最大;溶洞位于隧道顶部时防突层安全厚度对隧道安全影响最大;防突层安全厚度随着隧道埋深的增大而增加;计算所得最小安全厚度为3.9~13.1m,在任意位置情况下,防突层安全厚度均随隧道埋深增大而增加,该预测模型可为隧道突水灾害防治提供参考。

岩溶地区隧道围岩临界防突厚度数值分析

依托某隧道工程,基于岩溶地区地质特征建立了岩溶隧道围岩结构概化数值模型,分析充水溶洞位于隧道不同位置、各工况下岩溶隧道防突层破坏过程及规律,提出了不同位置下围岩临界防突层厚度。研究结果表明:岩溶的发育规模、岩层厚度、溶洞位置和岩溶水压均为突水灾害发生的主要影响因素;溶洞位于拱腰时,塑性区最大变形发生在岩溶隧道防突岩层中心,从位移、应力和孔隙水压变化规律可知,溶洞位于隧道拱腰时,对隧道围岩稳定性影响较大;由数值模拟结果可知,各工况下未发生塑性贯通区的位置及临界防突层厚度。研究成果可为岩溶区隧道建设及工程施工中的突涌突水灾害预测提供科学依据。