深埋硬岩隧道特大体量岩溶水体突出的灾变机制

摘要

型静储量或具有一定动储量补给的岩溶水体突出已成为我国深埋长大硬岩隧道建设中最常见的地质灾害之一,尤其以上覆巨型岩溶水体突出为甚,当岩溶水体发育于硬岩结构中,附近通常不存在明显的地质缺陷,防突结构表现为具有一定厚度的隔水岩层。从宏观力学判据和微观作用机制两方面研究特大体量岩溶含水构造的的失稳灾变机理,首先,考虑巨型岩溶水体与隧道走向的位置关系,建立隧道拱顶破断突水的尖点突变模型,导出隔水岩层总势能函数的表达式,通过系统稳定的主控参数灾变演化路径的控制分析,得出隧道拱顶隔水岩层破断突水的力学判据和最小安全厚度计算公式。同时,结合深埋硬岩隧道突水实例,验证了最小安全厚度计算公式的有效性,并采用可考虑应力-渗流-损伤机制的计算程序,分析了拱顶隔水岩层突水通道形成的灾变演化过程。研究表明,隔水层失稳突水实质上是开挖条件下持续的应力-渗流-损伤的微观耦合作用诱发岩体强度降低,最终导致隔水岩层整体宏观失稳的结果。研究结论对岩溶隧道突水预测与防治基础理论研究具有重要的学术价值和工程意义。