岩溶地区隧道裂隙水突出力学机制研究
岩溶地区隧道裂隙水突出力学机制研究
分析了水力劈裂过程中岩体裂隙的形成机制
以及岩体结构和渗透性发生的变化规律。L. Weijers
[11]
利用 Biot 理论讨论了水力压裂的起裂、 扩展和
闭合过程。黄润秋等[12]则从断裂力学角度分析了深 埋隧道高压水头作用下裂隙的扩展机制。 杨天鸿等[13] 对非均质岩体建立了渗流、应力和损伤耦合作用的 数学模型。李宗利等[14]从断裂力学角度分析了岩石 破裂水力劈裂机制，并推导了破坏模式临界水压计 算公式。谢兴华等[15]引入损伤概念，研究了矿井底 板的突水机制。詹美礼等[16]通过厚壁圆筒试验探讨 了水力劈裂破坏条件，并提出了发生水力劈裂破坏 的半经验理论关系。 L. C体抗剪强度的 降低值； Pw 为岩溶水压力；c、 分别为浸水前裂 隙岩体的凝聚力和内摩擦角； cw 和 w 分别为浸水 后裂隙岩体的凝聚力和内摩擦角。对于隧道底板的 岩溶承压水，由于开挖后底板岩层垂向卸压，岩溶 水压 Pw 对裂隙岩石强度的影响更加明显。 2.2 岩溶裂隙水突出失稳机制 岩溶裂隙水突出的实质是裂隙岩体在高水头压 力作用下发生扩展，裂隙相互贯通后再进一步张开 发生劈裂所致。隧道围岩破坏发生涌水后，岩溶水 流对突水通道具有冲刷扩径作用，而岩溶水压的力 学作用则主要体现在对裂纹的扩展动力作用和对突 水量的动力控制作用上。 2.2.1 岩溶水压对裂隙岩体的破坏作用 对于深埋岩溶隧道，岩溶水压对裂隙岩体的破 坏作用是发生突水的主体机制，可采用图 1 计算模 型来考虑平面穿透闭合单裂纹（断裂力学中裂隙称 裂纹）的在岩溶水压作用下的断裂破坏模式及临界 水压[14]。 （1）拉剪断裂破坏突水 在含裂纹的岩体模型中，闭合裂纹受远场地应 力 和 的作用，裂纹与最大主应力 之间的夹 角为 ，裂纹内作用岩溶孔隙水压力 Pw ，假定水压 力沿裂纹各个方向作用力相等，则裂纹面上的应力
裂隙岩体隧道涌突水规律及处治研究综述
裂隙岩体隧道涌突水规律及处治研究综述通过对现有工程隧道涌突水问题的统计分析，结合已有的隧道涌突水资料及隧道水文地质研究理论，总结了裂隙岩体隧道涌突水规律；在此基础上，针对裂隙岩体隧道涌突水的复杂性，对每种类型的裂隙岩体隧道涌突水结合已有的工程处治措施建立了一套科学实用的处治技术。
标签：裂隙岩体隧道涌突水规律处治1引言近十几年我国修建了大量的隧道，由于山区所处的特殊的区域地质环境，频发的工程灾害是影响隧道工程施工、运营的主要问题。
在隧道建设中，各种各样的难题接踵而至，塌方、岩爆、大变形、涌突水等。
而隧道涌突水，容易造成隧道施工中断、停止，甚至在隧道支护或者运营之后引起隧道的破坏，造成较大的经济损失。
本文根据已有的涌突水资料，进行裂隙岩体隧道涌突水规律及处治措施研究。
通过此项研究，在涌突水防治方面，不但能够确保隧道的施工的顺利进行和运营的长期安全，还可以推动隧道涌突水和水文地质条件基础理论研究，具有显著的社会效益和科学意义。
2隧道涌突水概况隧道涌突水问题，不仅造成给隧道施工带来很大的影响，甚至在隧道建成投入使用后对隧道的保通性和安全性有着决定性的作用。
襄渝铁路中梁山隧道于1971年1月动工，10月开始见水井干枯，水位下降。
据调查，华蓥山隧道ZK32+927（左线）[1]，97年8月突水量达14400m3/d，涌泥砂463m3；大巴山隧道K12+200m 段穿越源滩-莲花池大断裂时，裂隙极其发育，裂隙张开度最大可达15cm，初期的最大涌水量接近1000m3/h，最终稳定涌水量约200～220m3/h[2]。
基岩隧道占隧道建设的大多数。
众所周知，基岩中以裂隙水为主，研究隧道裂隙岩体隧道涌突水有着重大意义！2008年开始施工建设的西藏嘎隆拉隧道，围岩主要为弱风化、微风化黑云母变粒岩，黑云母花岗岩，黑云母石英片岩，裂隙发育。
施工过程中，地下水自拱墙片状出露，09年10月20日13时，掌子面右下侧两个掏槽眼钻进深度约2m深时，该孔突发涌水，地下水将钻杆自孔内冲出，流速较大，水平直射距离达3～5m，估计水压可达2MPa，涌水量最高约300～400m3/h。
岩溶隧道突水灾害与防治研究
岩溶隧道突水灾害与防治研究一、本文概述岩溶隧道突水灾害是一种常见且具有极大破坏性的自然灾害，对隧道施工安全、运营稳定以及周边生态环境构成严重威胁。
本文旨在全面探讨岩溶隧道突水灾害的成因、机理、预测方法以及防治措施，以期为相关领域的理论研究和实践应用提供有益的参考。
文章将对岩溶隧道突水灾害的定义、类型及特点进行概述，明确研究对象和范围。
深入分析岩溶隧道突水灾害的成因，包括地质条件、水文环境、施工因素等多方面的影响。
在此基础上，探讨突水灾害的发生机理，揭示其演化过程和影响因素的相互作用关系。
接下来，文章将介绍岩溶隧道突水灾害的预测方法，包括地质勘探、数值模拟、监测预警等方面的技术手段，以期实现对突水灾害的有效预警和防控。
重点阐述岩溶隧道突水灾害的防治措施，包括工程治理措施和非工程治理措施，旨在提高隧道的抗灾能力和保障隧道运营安全。
通过本文的研究，旨在为岩溶隧道突水灾害的防治提供科学、合理的技术支持和理论依据，推动相关领域的技术进步和工程实践，为保障隧道施工安全、运营稳定以及周边生态环境的可持续发展做出贡献。
二、岩溶隧道突水灾害的成因分析岩溶隧道突水灾害的成因多种多样，主要包括地质构造因素、水文地质条件、工程施工因素和运营管理因素等。
地质构造因素是岩溶隧道突水灾害发生的基础。
岩溶地区的地质构造复杂，岩溶发育强烈，岩溶管道和溶洞分布广泛。
这些岩溶构造的存在为地下水的流动提供了通道，一旦隧道穿越这些区域，就存在突水的风险。
岩溶地区的断层、褶皱等构造也会对地下水的流动产生影响，增加突水的可能性。
水文地质条件是岩溶隧道突水灾害发生的重要影响因素。
岩溶地区的水文地质条件复杂，地下水位高、水压大，且地下水动态变化复杂。
隧道施工过程中，若未能准确掌握地下水的情况，或未能采取有效的排水措施，就可能导致突水灾害的发生。
再者，工程施工因素也是岩溶隧道突水灾害发生的重要原因。
隧道施工过程中，若未能严格按照设计要求进行开挖，或未能采取有效的支护措施，就可能导致隧道围岩失稳，进而引发突水灾害。
岩溶隧道突水突泥影响因素分析
岩溶隧道突水突泥影响因素分析摘要：针对岩溶隧道突水突泥灾害，从岩性、地质构造、水动力条件三个方面进行了简要分析，得出岩溶隧道突水灾害发育的特点和必要条件，并结合现场案例对突涌水进行了具体分析，为岩溶隧道防治突水突泥灾害提供参考与依据。
关键词：岩溶隧道；突水突泥；影响因素1 引言我国可溶岩地层分布广泛，约占我国国土面积的1/3[1]。
随着铁路公路隧道建设向长、大、深方向发展，在这些岩溶地区修建隧道，极易诱发大规模的突水、突泥等灾害，不仅影响隧道施工进度，而且会给施工人员的生命财产安全造成重大损失。
因此，在岩溶地区开挖隧道，首先要查明岩溶发育规律，从而有针对性的提前采取措施，降低岩溶突水突泥等灾害发生概率。
2 岩溶隧道突水主控影响因素岩溶发育影响因素较多，主要影响因素大致可以分为三类：地层岩性；地质构造；水动力条件。
其中地层岩性是基础，地质质构造是主导，水动力条件则是决定性因素[2]2.1 地层岩性（1）岩层矿物成分岩层的化学及矿物成分中可溶成分占比越大，岩层被溶蚀的概率越高，石少帅在区域突涌水孕灾性评价指标和分级标准中认为当灰岩中可溶岩CaCO3含量大于75%时区域孕灾性极强[3]。
李术才通过对大量突涌水案例进行分析认为在常见的碳酸盐类岩石中，灰岩、白云岩、硅质灰岩、泥灰岩中的岩溶发育程度依次降低[4]。
岩层的可溶成分，直接决定了岩溶发育的规模与程度，加强对隧址区岩性成分的判定有助于岩溶突涌水风险的识别与判定。
（2）岩层产状岩层产状决定了水对于深部岩体的侵入程度。
对于水平产状岩层，岩层与上部地表水等接触面积较大，但由于岩体的渗透系数较小，决定了水体向下转移受阻；对于垂直产状岩层，地表水能够通过节理裂隙，岩层间接触面等向下运移，但由于上部汇水条件较差导致水对下部岩体侵蚀程度有限。
一般认为岩层倾角为20°～60°的单斜构造岩溶最为发育。
（3）岩层组合岩层组合主要指的可溶岩层与不可溶岩层组合。
断裂区岩溶隧道突水机制及预测分析
区 。采 用新 奥法 施工 。
隧址 区位 于扬子 准 地 台北 缘 的 青 峰 台褶 束 ， 走 向
近 Ｅ Ｗ 向， 略 向 北 突 出 。经 调 查 ， 该 隧 道 区 断 裂 带 以 Ｅ Ｗ 向为主 ， 分别为 Ｆ ７ － ２ ， Ｆ ８ — ２， Ｆ ９ ． ２ ， 倾角 ３ ７ 。 ～７ Ｏ 。 。
摘要 ： 复 杂的地 质构 造环 境 易造成碳 酸 盐 隧址 区施 工过程 中 突水 突泥 灾害发 生。本 文 以珠 藏 洞 隧道 为
例， 从 断 裂构造 环境 、 地层 岩性 、 地 下水循 环 条件等 控 制性 因素 分析 大断 裂 区隧道岩 溶 突水机 制 ， 提 出以 地质 调查 为主 、 物探 方 法为辅 的岩 溶风 险预 测方 法 ， 并与 实际揭 示 情 况进 行 对 比 ， 验 证 了其 实用性 。 并
铁
６２
道
建
筑
Ｒａ ｉ ｌ ｗａ ｙ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ — １ ９ ９ ５ （ ２ ０ １ ３ ） １ ２ — ０ ０ ６ ２ — ０ ３
断裂 区岩 溶 隧 道 突水 机 制及 预 测 分 析
康 杰
（ 中 国石 油 大 学 （ 华 东） 山东石大科技集 团， 山东 东营 ２ ５ ７ ０ ６ １ ）
断层 内岩石 局部 破碎 ， 发 育碎 裂岩及 大 量构造 透镜 体 。
该 组 断层 大 多表现 为 沿 岩层 面滑 移 ， 且 在 断 层 上 下 盘
该段 位 于 Ｆ ８ — ２断 裂带 内 ， 主 要 是 天河 板 组 灰 岩 ，
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ５ ． ２ ０； 修 回 日期 ： ２ ０ １ ３ ０ ８ ． ２ ０ 作者简介 ： 康 杰（ １ ９ ７ ２ 一 ） ， 男， 河 北沧 县 人 ， 工程师 。
复杂岩溶地区隧道施工突水地质灾害研究
复杂岩溶地区隧道施工突水地质灾害研究在交通、水利等基础建设必经的复杂岩溶地区中进行隧道施工，是极易出现突水、突泥危害的，严重威胁施工人员的生命安全，影响施工质量和工期。
笔者以多年的从业经验为基础，总结关于岩溶隧道施工的经验和技巧，提出治理复杂岩溶地区隧道施工突水的有效措施。
希望能对同行的专业工作有所助益。
标签：岩溶隧道突水突泥高压富水溶腔1引言岩溶地貌又称喀斯特地貌，在我国喀斯特地貌分布很广，面积极大，主要分布于西部地区，面积为91-130万平方千米，其中以广西、贵州和云南东部所占的面积最大，是世界上最大的喀斯特区之一。
另外，四川、西藏和北方部分地区也有分布。
如果从旅游观光、地质研究方面看，这是非常奇特且历史悠久的景观，但从隧道施工的角度看，是施工单位的巨大难题。
随“西部大开发”战略的快速推进，我国西部的交通、水利、民用设施的基建工程日渐增多，随之岩溶隧道施工也越来越多。
岩溶地区经过长时间的溶蚀，在地下隧道的施工中极易发生突水现象。
根据历史数据显示，我国在岩溶隧道施工中有80%的施工过程遇到过突水问题，尤其是在组织渝怀线圆梁山隧道施建的过程中，先后碰到5个深埋充填型溶洞，虽有相应措施，但还是突发了多次大规模的涌泥、涌水等工程地质灾害，对施工工程影响极大。
经历了长时间、多次的施工建设后，对岩溶隧道施工中突水防治的技术水平得到一定提高，针对不同地质特征、规模的岩溶隧道有了系统的治理方法。
2治理岩溶隧道突水的有效措施2.1注浆治理注浆治理的方法是目前治理岩溶隧道突水问题最广泛的方法。
在隧道内的岩溶水发育地段，如果溶洞的规模较大，内部填埋大量溶蚀物，同时地下水资源极其丰富，一旦熔岩表面刺穿，大规模的突水、突泥现象将连续发生，大量地下水将不断涌出，浪费水资源的同时严重影响施工进度和安全。
所以，这种情况应以“堵”为主，少量排放。
不同的突水情况应选用不同的堵水方案：为溶洞内的全断面注浆加固，若是局部出水，可采用局部注浆、帷幕注浆的方法处理；若是出面面积很大且压力很高的急速突水，宜采用抗分散、凝胶可控型动水注浆材料进行专门注浆治理；若为软弱破碎富水体，则应采用结合加固与堵水两种效果的材料进行注浆治理。
岩溶隧道掌子面突水机制及岩墙安全厚度研究
Ｓ ｕ ｙ ｏ ａ ｅ — ｎｒ ｓ ｅ ｈ ｎｉｍ ｎ ａ ｅ Ｔｈ ｃ ｅ ｓ ｔ ｄ ｎ Ｗ ｔ ｒ Ｉ ｕ ｈ Ｍ ｃ ａ ｓ ａ ｄ Ｓ ｆ ｉ ｋｎ ｓ
第 ３ 卷第 ３ ４ 期
２０ １２年 ３月
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Ｖｏ ． ４ Ｎｏ ３ １３ ．
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文章 编 号 ： ０ １ ８ ６ （ ０ ２ ０ － １ ５ ０ １ ０ — ３ ０ ２ １ ） ３０ ０ —７
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（ ． Ｓ ｈ ｏ ｆＣｉｉ Ｅｎ ｉｅ ｒｎｇ １ ｃ ｏ ｌｏ ｖｌ ｇｎ ｅｉ ，Ｈ ｅ ａ ｏ ｙｅ ｈ ｃＵ ｎｖ ｒｉｙ．Ｊａ ｚ ｏ ４ ４ ０ Ｃｈｎ ｎ ｎ Ｐ ｌ ｔｃ ｎｉ ｉｅ ｓｔ ｉｏ ｕ ５ ０ ０。 ｉａ
岩溶隧道 掌子 面突水机制 及岩墙安全厚度研究
郭佳 奇 ， 乔 春 生
（ ．河 南 理 工 大 学 土 木 工 程 学 院 ， 南 焦作 １ 河 ４ ４ ０ ；２ ５ ０ ０ ．北 京 交通 大学 土 木建 筑 学 院 ， 京 １ ０ ４ ） 北 ０ ０ ４
摘 要 ： 断 裂 力 学 角 度 分 析 高 压 岩 溶 水 作 用 下 裂 隙 扩 展 机 理 ， 为 自然 营 造 力 作 用 下 水 力 劈 裂 多 属 压 剪 破 坏 从 认 模 式 。运 用 断 裂 力 学 和 水 力 学 理 论 分 析 隧 道 掌 子 面 突 水 滞 后 效 应 和 扩 径 效 应 ， 出 ： 纹 扩 展 跳 跃 性 在 宏 观 上 表 指 裂
第二章 岩溶隧道突水机理及灾害特征
第二章岩溶隧道突水机理及灾害特征第二章岩溶隧道突水机理及灾害特征 (1)2.1岩溶隧道涌水研究现状 (1)2.1.1岩溶区隧道涌水地质条件研究 (1)2.1.2岩溶区隧道涌水量预测研究现状 (2)2.2岩溶隧道突水机理 (4)2.2.1岩溶隧道突水类型力学分析 (4)2.2.2岩溶隧道突水机理分析 (6)2.3岩溶隧道涌水灾变特征 (7)2.3.1岩溶突水灾变水力特征 (7)2.3.2岩溶突水灾变频数特征 (8)2.3.3岩溶突水灾变充填物特征 (8)2.3.4岩溶突水灾变与工序关系特征 (9)2.3.5岩溶突水动态变化特征 (9)2.4岩溶隧道突水与环境的关系 (10)2.4.1岩溶水与生态环境的关系 (10)2.4.2岩溶隧道涌水与地下水的关系 (10)2.4.3地下水位与生态环境的关系 (11)2.1岩溶隧道涌水研究现状2.1.1岩溶区隧道涌水地质条件研究岩溶区隧道涌水研究必须要注重水文地质条件的研究, 因为每一种方法、公式的提出都是基于地质条件的研究基础之上的。
岩溶区地质条件一向比较复杂, 从隧道施工期发生的比较严重的涌水事件来看,岩溶区易发生涌水地质条件可以分以下四类: 1）向斜盆地形成的储水构造；2）断层破碎带、不整合面和侵入岩接触面；3）岩溶管道、地下河；4）其他含水构造、含水体。
以上只从宏观上列举了一些可能发生严重涌水的地质条件, 这是远远不够的, 对隧道涌水条件应进行详细研究, 这是其他隧道涌水研究工作的基础,必须予以重视。
2.1.2岩溶区隧道涌水量预测研究现状目前涌水量预测计算方法很多, 主要有以下几种:1）近似方法这种方法主要包括涌水量曲线方程(一般称Q－S曲线)外推法和水文地质比拟法2 种。
预测时前者以勘探阶段抽(放) 水试验的成果为依据,后者则应用类似隧道水文地质资料来计算,但两者共同的应用前提是水文地质资料相似性,前者要求试验阶段与未来掘进阶段条件相似,后者则立足于勘探区与借以比拟的施工区条件一致,因此,属于近似的预测方法。
隧道突水突泥解析
② 施工所需的机械及各种仪器设备在正式使用前进行校验和 试用，以便能及时的进场
③ 做好施工所需原材料的采购进场和测试工作，所有进场材 料先送样品，经监理工程师确认后方可进场
施工要点
为保证浆液质量，配制的制浆材料必须计量准备。水泥、 缓凝剂、速凝剂等固体材料采用重量称量法，水、水玻璃 采用体积称量法，其中水、水玻璃、水泥称量误差不应大 于5%，外加剂称量误差不应大于1%
特殊地质地段隧道开挖施工方案
——突水突泥
一、地质描述
1、地质特征 地下水的力学作用有静
水压作用和劲水压作用，这两 种作用都能使岩体发生水力劈 裂，使裂隙连锁增加张开度增 大，从而增加渗透力，使局部 隔水屏障作用被突破，地下水 位高出，从而形成突水突泥。
地质描述
由于隧道通过的地质地段条件 复杂，揭露的水文地质单元水源 补给量充足，所以有一下两个特 点：（1）突水量大，压力大（2） 突水突泥过程中，由于夹带大量 的泥沙，随着隧道的开挖，使地 下水排泄有了新通道，破坏了原 有的补径，加速了径流的循环， 同时加速了地下水对岩体的改造 作用。
质量保证
各单位要对隧道工程，特别是岩溶隧道工程高风险
地段设计，应明确具体的设计要求，加强对施工安 全的技术指导。要对岩溶隧道进行一次设计复查， 补充完善和落实安全措施。对地质复杂工程段要加 强现场技术交底、指导和配合工作，及时处理各种 突发情况，加强技术服务。各参建单位在施工中， 必须严格执行《铁路隧道设计规范》、《铁路隧道 施工规范》、《铁路隧道工程施工质量验收标准》 和《铁路隧道施工安全技术规程》等规范、规程， 严格作业程序，严格安全管理，落实安全措施，并 配齐监测设备，指定专人负责检测。
高速铁路隧道岩溶突水发生机理研究
高速铁路隧道岩溶突水发生机理研究余庆锋;吴立;尹翔;沈卫东;王先登【摘要】针对高速铁路隧道经过岩溶发育段频频发生突水、突泥的现状,以油坊坪隧道岩溶突水为研究背景,对其突水机理展开了理论及数值计算研究,建立了油坊坪隧道岩溶突水的两类力学模型,对两类模型的力学失稳机理展开了理论推导,将理论推导结果应用于油坊坪隧道岩溶突水现场,理论计算结果与隧道现场突水情况相一致.通过快速拉格朗日Flac3D程序对岩溶突水的机理及相关规律进行了数值分析计算,计算结果表明,隧道未开挖时,隧道的左拱顶沿岩溶管道方向渗流矢量强烈,表明左拱顶附近将是地下水的重要渗流通道;隧道开挖后,岩溶通道彻底打开,岩溶管道渗流朝管道临空面,隧道环向渗流矢量均朝隧道中心;对岩溶管道进行注浆处治并施加衬砌后,孔隙水压力发生明显降低,岩溶通道的一定范围外的左下侧、右侧易沿矢量集中位置形成渗流通道,可以将该范围视为需注浆加固处治区域.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2015(015)030【总页数】8页(P198-205)【关键词】高速铁路隧道;岩溶突水;发生机理;力学模型;数值模拟【作者】余庆锋;吴立;尹翔;沈卫东;王先登【作者单位】中国地质大学(武汉)工程学院,武汉430074;湖北省交通规划设计院,武汉430051;中国地质大学(武汉)工程学院,武汉430074;湖北省交通规划设计院,武汉430051;湖北省交通规划设计院,武汉430051;武汉市政工程设计研究院有限责任公司,武汉430023【正文语种】中文【中图分类】TU453我国湘、鄂、云、贵等地区发育有完整的碳酸盐岩地层，这些地区历史地质构造复杂，新构造运动活跃，在这些因素的耦合作用下形成了今天强烈的地下及地表岩溶地质缺陷。
目前，我国高速铁路大动脉已不可避免地延伸到了这些地区，最新沪昆高速铁路在这些地区的修建过程中，频频经过岩溶发育段而发生突水、突泥等工程灾害，有着“十隧九漏”以及“十隧九烂”一说，充分体现了岩溶地质缺陷给我们带来的极大困扰。
隧道工程课题研究论文(五篇)：隧道岩溶突水涌泥原因及处理策略、谈公路隧道防排水关键施工技术…
隧道工程课题研究论文（五篇）内容提要：1、隧道岩溶突水涌泥原因及处理策略2、谈公路隧道防排水关键施工技术3、谈明挖隧道深基坑支护施工技术措施4、谈隧道工程软弱围岩检测技术5、谈分离式偏压隧道施工过程仿真全文总字数：20325 字篇一：隧道岩溶突水涌泥原因及处理策略隧道岩溶突水涌泥原因及处理策略【摘要】隧道工程在受到复杂地质条件影响下，极容易导致隧道岩溶突水涌泥等问题的发生。
现阶段，要加强对隧道岩溶突水涌泥原因与形成机理的分析，并采取针对性处理措施，提高隧道工程的整体施工质量。
本文首先对突水涌泥的危害、成因做出分析，并结合工程案例对该问题的处理策略进行研究。
【关键词】岩溶隧道；突水涌泥；原因；处理策略引言在进行铁路、公路等工程的建设期间，经常会遇到岩溶突水涌泥问题。
对于突水问题而言，主要是指水流量超过了0.1m3/s，涌泥指的是地下水中泥沙的含量大于50%。
一旦工程建设过程中发生突水涌泥问题，不仅会对周围环境产生严重的污染，同时还会威胁到施工人员的生命安全。
因而，岩溶隧道建设前期要加强地质水文勘察，并积极做好风险评估，加强对突水涌泥等病害的防治效果。
1突水涌泥的影响因素与危害性分析1.1突水涌泥问题的影响因素一般来说，导致岩溶隧道施工期间发生突水涌泥问题的因素主要有两方面：自然因素、技术因素。
对于自然因素而言，隧道所处的地质环境、埋深、长度以及地震、暴雨等因素，都可能导致突水涌泥问题的发生。
另外，技术因素主要是指勘察、设计、施工技术的不合理应用，可能会对岩溶隧道的突水涌泥问题产生一定的影响。
1.2突水涌泥的危害性分析岩溶突水涌泥问题的发生，将对隧道的正常施工与后期运营产生极为不利的影响。
首先，岩溶隧道施工时，出现突发性突水涌泥现象的概率较高，由于突水量大，水中含有大量的泥沙，因而会对施工人员的生命与财产安全造成威胁，同时还存在着设备冲毁的危险。
其次，由于突水涌泥过程中会带走大量的泥沙，使得土体内部的空洞区域越来越大。
岩溶地区特长隧道突水、突泥机理及防治对策研究
岩溶地区特长隧道突水、突泥机理及防治对策研究摘要：在隧道施工的过程之中，不良地质的出现是十分常见的，尤其是处在地下河管道、岩溶地区的隧道，其不仅易诱发坍塌，还有可能出现突水、突泥等安全事故的发生，给隧道施工带来非常高的安全风险。
笔者结合多年施工经验，探讨岩溶地区特长隧道突水、突泥机理，并针对性的提出防治对策，以期为其它隧道工程提供借鉴与参考。
关键词：岩溶地区；特长隧道；突水、突泥机理；防治对策前言当施工区域的地质为岩溶地质的时候，无论是开展公路铁路建设还是水利矿产工程，突水突泥的现象都会频频发生，有时甚至会出现塌方冒顶的现象，进而造成地下有害气体泄露等危机事件发生。
在上述列举的现象之中，对于岩溶地质而言，隧道的突水突泥现象是最为常见的，严重危害着工程的安全。
由此，要想顺利高效地建设岩溶地区的隧道，就必须加强对上述灾害的预防与处理工作，针对岩溶区突水突泥现象的预防与解决则更应当成为目前的重中之重。
1 工程概况永福屯隧道是广西桂林至柳城高速公路项目的一座特长隧道。
隧道起讫里程桩号左幅：ZK61+220-K66+860，长5640m；右幅：YK61+192-YK66+839，长5647m，隧道最大埋深约301m，洞轴线进洞走向方位角约262°，洞身段走向方位角约289°，出口走向方位角约282°，单幅隧道净空：11.0m×5.0m，左右幅进口洞门、出口洞门均采用削竹式。
永福屯隧道施工过程中，一共发生了4次大规模突水、突泥现象，严重影响隧道的施工进度，同时给项目造成一定的经济损失。
2 突水突泥灾害产生原因2.1地质原因在一定时期,如果水资源过于充足,突泥突水灾害也有可能发生。
故而，在河流或者盆地这样的具有丰富水资源的地区十分容易出现突泥突水现象。
与此同时,地区的地质岩性不同,发生上述现象的概率也不同,碳酸盐丰富的地区较一般地区更容易出现上述现象。
此外,地质易产生裂缝与皱褶的地方也是突水突泥现象的高发区,例如喀斯特地区与一些容易出现承压含水层灾害的地区。
圆梁山隧道岩溶突水机理及防治对策研究
第27卷第2期 岩 土 力 学 V ol.27 No.2 2006年2月 Rock and Soil Mechanics Feb. 2006收稿日期：2005-02-02 修改稿收到日期：2005-07-21作者简介：刘招伟，男，1962年生，教授级高级工程师，北京交通大学博士后，中铁隧道集团科研所所长，主要从事隧道及地下工程施工的科研工作。
Email:liuzhaowei05@文章编号：1000－7598－(2006) 02―0228―05圆梁山隧道岩溶突水机理及防治对策研究刘招伟1，何满潮2, 3，王树仁3(1. 北京交通大学 土建学院，北京 100044；2. 中国矿业大学（北京） 力学与建筑工程学院，北京 100083；3. 中国地质大学（北京） 岩土工程与地热工程创新基地，北京 100083)摘 要：采用现场调查、数值模拟与理论分析相结合的研究方法，对圆梁山隧道岩溶突水的机理及其防治技术进行了系统地研究，揭示了隧道岩溶突水是受水压、岩溶充填物与隧道围岩塑性区范围等影响的渐进破坏过程，总结了隧道岩溶突水机理，并针对圆梁山隧道揭示的溶洞情况，制定了岩溶突水的防治原则，实现了复杂岩溶条件下安全、高效的施工效果。
关 键 词：圆梁山隧道；岩溶突水；数值模拟；防治对策 中图分类号：TV 554 文献标识码：AStudy on karst waterburst mechanism and prevention countermeasuresin Yuanliangshan tunnelLIU Zhao-wei 1, HE Man-chao 2,3, WANG Shu-ren 3(1. Civil Engineering Department, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China; 2. Geotechnical Engineering Institute, China University of Mining and Technology, Beijing 100083, China; 3. Innovative Base of Geotechnical and Gesthermal Engineering, China University of Geosciences, Beijing 100083, China)Abstract: By means of investigation on the engineering geological conditions, numerical modeling, and theoretical analysis, the mechanism of the karst water burst and its prevention countermeasures in Yuanliangshan tunnel are researched systematically. The results show that the karst water burst in tunnels is a gradually developed process, which is influenced by water pressure, different filling materials and the plastic zones around the tunnel. The mechanism of the karst water burst in tunnels is summarized; and in light of the karst conditions exposed in Yuanliangshan tunnel, the principles for preventing the karst waterburst are established. Thus, construction of tunnels under complex karst conditions with safety and high efficiency has been achieved. Key words: Yuanliangshan tunnel; karst water burst; numerical simulation; prevention countermeasure1 引 言圆梁山隧道是渝怀铁路线上最长的隧道，全长11.068 km ，为已建和在建铁路隧道中施工难度最大的工程之一。
水压充填型岩溶隧道突水机理及衬砌结构力学特性研究的开题报告
水压充填型岩溶隧道突水机理及衬砌结构力学特性研究的开题报告一、研究背景与意义水压充填型岩溶隧道是一种目前广泛采用的隧道工程类型。
由于其特殊的地质环境和较大的降水量，隧道建设过程中往往会遇到大量的水压和突水等安全问题。
因此，深入研究水压充填型岩溶隧道突水机理及衬砌结构力学特性，对于保障隧道建设和使用过程中的安全性、可靠性和稳定性具有非常重要的意义。
二、研究内容本研究将深入探讨以下问题：1. 水压充填型岩溶隧道突水机理：分析水位变化规律、引起突水的主要因素和突水的分类等问题，探究水压充填型岩溶隧道突水的机理。
2. 衬砌结构力学特性研究：利用有限元分析方法，建立数值模型并模拟衬砌受水压力的情况下的力学特性，探究衬砌结构在突水情况下的应力、变形和破坏特性，为衬砌设计提供理论依据和优化方案。
三、研究方法和步骤本研究将采用如下研究方法和步骤：1. 文献调研：搜集相关文献资料，了解突水机理和衬砌结构设计的基本原理和方法。
2. 现场调研：选取某一水压充填型岩溶隧道作为研究对象，进行现场调查和对照分析，了解其地质环境、地形地貌、降水量等情况。
3. 水压充填型岩溶隧道突水机理分析：基于现场调研基础，分析水位变化规律、引起突水的主要因素和突水的分类等问题，探究水压充填型岩溶隧道突水的机理和规律。
4. 衬砌结构力学特性模拟：采用有限元分析方法，建立数值模型并模拟衬砌受水压力的情况下的力学特性，探究衬砌结构在突水情况下的应力、变形和破坏特性，为衬砌设计提供理论依据和优化方案。
四、研究预期结果本研究预计能够深入研究水压充填型岩溶隧道突水机理及衬砌结构力学特性，给出突水预测和防治方案等，为隧道建设和使用过程中的安全性、可靠性和稳定性提供理论依据和参考方案。
岩溶发育地区复杂条件下隧道施工技术研究
岩溶发育地区复杂条件下隧道施工技术研究摘要：随着交通运输行业的飞速发展，公路工程项目修建也越来越多，国家基础建设的中心逐步向岩溶发育的西南部地区倾斜，公共交通俨然成为基建的重点项目，复杂、多变的岩溶地质条件已成为交通建设所面临的巨大挑战。
特别是在云南山区建设中，隧道施工在穿越溶洞密集而复杂的环境时，结合现场地质情况与超前地质预报资料，采取合理的处治方式已成为隧道施工中急需解决的关键性问题。
本文详细分析了岩溶洞穴的隧道施工处治建议，为同类工程施工提供经验参考。
关键词：隧道工程岩溶地区超前地质预报超前加固处理溶洞处治建议0前言岩溶是指可溶性岩石，受水的水化和机械作用产生沟槽、裂隙和空洞以及由于空洞的顶部塌落使地表产生陷穴、洼地等类现象。
我国70%面积为山区，地理地质条件十分复杂，分部着大面积的碳酸盐地层，主要集中分布在我国西南省份地区。
由于岩溶地区隧道地质情况变化多样、尤其复杂，安全施工技术一直是热点关注问题。
本文旨在岩溶地区隧道施工技术的研究与总结工作，对岩溶地区隧道施工有着普遍而重要的现实意义。
1地质超前预报目前隧道超前地质预报的方法主要有地质素描法、超前钻探法、地球物理探测法（简称物探法）和综合判定法等。
常用的物探手段是地质雷达法，一般不单独使用，通常结合掌子面地质素描手段进行综合地质预报。
地质素描主要对掌子面的地质情况进行客观、准确的描述，主要内容包围岩特征、构造发育情况、地下水状态、围岩的稳定性等方面。
根据已建和在建隧道的地质超前预报结果与后续开挖揭露情况分析得出，溶洞大体可分为以下几种类型：空腔型溶洞。
一般为无水、干燥型，比较容易识别。
完全充水型溶洞。
洞内全充填着水，较难判定溶洞后端位置，进而不容易准确界定溶洞的空间位置及尺寸大小。
泥质充填型溶洞。
较为准确的判定大小及轮廓。
2岩溶隧道处治原则岩溶的分类方式众多，类别也繁杂。
根据查阅的相关文献，结合分析过往的施工经验，岩溶灾害处治的原则为“以疏为主、堵排结合、因地制宜、综合治理”。
岩溶隧道突水模式及其前兆信息
临近裂隙ꎬ开挖面涌水较多且水中夹有铁锈或黏土ꎻ揭露岩
事故ꎬ严重的还会引起当地水土流失ꎬ地下水平衡破坏ꎬ甚至
溶裂隙后ꎬ开始突水ꎮ
危及到施工人员的安全ꎬ是隧道开挖过程最具威胁的灾害之
１ ３ 超前预报前兆信息
一ꎮ 本文将隧道突水模式按破坏类型进行了分类ꎬ将其分为
隧道渗透型突水破坏的水压力较小ꎬ与溶洞、围岩裂隙
岩溶隧道突水模式及其前兆信息
陈明庆
( 重庆交通大学ꎬ重庆 ４０００７４)
摘 要:山岭隧道在开挖穿越岩溶地区过程中ꎬ由于受到复
渗透情况产生ꎬ且往往沿多个面出水ꎻ当岩盘的厚度低于安
杂的地质条件的影响ꎬ往往隧道会遭受突水涌泥等强烈的地
全岩盘厚度时ꎬ掌子面往往伴随着有多个面呈淋雨状渗透ꎻ
质灾害ꎮ 突水灾害常常引发隧道被淹、开挖设备进水损毁等
收稿日期:２０１９ － １０ － ２９
作者简介:陈明庆(１９９４ － ) ꎬ男ꎬ江苏徐州人ꎬ硕士ꎬ主要研究方向:桥
梁与隧道工程ꎮ
开挖掘进到溶洞内部后ꎬ开挖土体为淤泥质黏土ꎬ但并未立
８６
即失稳突水ꎬ因为淤泥质黏土具有良好的隔水性ꎬ同时也有
一定的自稳能力ꎬ但后期经施工扰动ꎬ隔水填充物失稳ꎬ引发
突水灾害ꎮ
较少ꎬ 正 负 反 射 相 间ꎻ 泊 松 比
略微升高ꎬ杨氏模量略微下降
文章编号:１６７２ － ４０１１(２０１９)１２ － ００８６ － ０３
ＤＯＩ:１０ ３９６９ / ｊ ｉｓｓｎ １６７２ － ４０１１ ２０１９ １２ ０４２
前兆信息
名称
进ꎬ在不少难以跨越的丘陵山地地区ꎬ长深埋隧道纷纷纳入
移失稳突水ꎮ 充填物处于平衡状态时的力学表达式如下:
前兆信息
名称
隧洞施工突水突泥机理及影响因素研究
隧洞施工突水突泥机理及影响因素研究【摘要】本文首先从隧洞突水、突泥的动态变化特征入手对隧洞施工突水突泥机理及影响因素进行分析和探讨，并提出解决措施。
【关键词】突水突泥；机理；影响因素一、前言隧洞突水、突泥是岩溶地区常见的地质灾害，不但会影响整个工程的质量，还容易出现隧洞塌陷的危险，所以了解隧洞施工突水突泥机理及影响因素是十分必要的。
二、隧洞突水、突泥的动态变化特征隧洞涌水量由静储量和动储量两部分组成。
前者为隧洞围岩内空隙中所赋存的地下水,其大小取决于含水围岩的规模、储水能力和给水能力；后者以地下径流形式出现于含水围岩中,它与地表水体或其它地下水体有直接的水力联系,其大小取决于含水围岩的规模、补给条件、径流条件和排泄条件。
当隧洞涌水量以静储量为主时,初期涌水量很大,表现为突水或突泥,随着时间的推移,涌水量不断衰减,最后仅为滴水或渗水,贯通性裂隙含水围岩和孤立溶洞中的围岩涌水多属此类。
由于这类涌水衰减快速,对隧道施工影响很大,对运营影响相对较小。
以动储量为主的含水围岩,发生隧道涌水时,涌水量往往由小到大地变化,然后趋于与动储量相当的稳定值,即隧道的涌水量等于补给量。
(这类隧道涌水包括岩溶水,因充填裂隙的地下水力梯度增加或冲刷加剧而逐渐贯通,并与其它水体(地表水或地下水)发生水力联系时的涌水,以及与地表水有水力联系的断层破碎带的涌水。
综上所述,隧道突水、突泥的动态变化特征主要取决于围岩的水文地质条件和地质结构特征。
三、突水突泥的主要影响因素岩溶水规模的探测是为了识别导致突水突泥发生的客观条件，而针对岩溶风险采取的工程措施，同样会导致突水突泥风险的概率升高和降低。
下面从地质构造、气候条件、施工影响三方面着手分析突水突泥主要因素。
1、地质构造岩对岩溶突水突泥的风险客观存在的未知。
如隐伏溶洞的体量、水压、填充情况、相对隧道开挖坑道的开口大小、与地表水系的连通性、地下水的补给等。
溶发育条件具备时，岩溶作用即可产生并逐步发展，侵蚀性的水流在构造裂隙中流动使构造裂隙不断扩大形成溶蚀裂隙，宽大的溶蚀裂隙继续发展成岩溶管道，岩溶管道继续溶蚀逐渐形成大的溶洞，岩溶水具有水量大而分布不均、流动迅速和集中排泄的特点。
裂隙岩体公路隧道地下水渗流规律研究
岩体中的裂隙因其发展不规律的特性，所以始终处
于应力变化的状态，默认裂隙中的水体充满整个裂隙空
间且忽略水体的剪切应力（默认水体不受剪应力）。采
用岩体勘察软件建立岩体模型，并通过 SDFN 随机裂隙
网络程序生成裂隙网络，结构模型如图 1 所示。根据裂
隙受力计算模型，对裂隙的 σ1、σ2 不同赋值进行模拟 计算，赋值分组见表 1，模拟结果及流量对比如图 2 所
∂ ∂x
kx
∂H ∂x
+
∂ ∂y
ky
∂H ∂y
+
∂ ∂z
kz
∂H ∂z
+
Q
=mw rw
∂(H −
∂t
z)
（11）
图 1 岩体结构模型及裂隙生成图
对稳定渗流来说，因渗流发生时水头上下限处于固
定不变状态，则单位时间内岩体裂隙中的渗流量不发生变
化，因此，由公式（8）得出裂隙渗流场稳定渗流理论方
面的乘积，如公式（2）所示。
载，因此含水率只受孔隙水的压力影响而变化，其变化特
Q=A·V
（2） 性应满足公式（9）。
因此，达西定律公式可简化为公式（3）所示。
∂ Θ=mv· ∂ um
（9）
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渗流 2 种状态。对非稳定渗流来说，根据孔隙介质渗流方
法，取渗流场中一处微体，结合达西渗透定律，联合得出
非稳定渗流基础方程如公式（8）所示。
∂ ∂x
kx
∂H ∂x
+
∂ ∂y
ky
∂H ∂y
岩溶隧道衬砌水压致裂分析
在 水文地 质概念模 型 中要 考虑地下 水水位 与隧道
底 板 的高差 ， 这 是 因为 如果 隧道 的底板 在地 下水 水位
以上 ， 那 么隧道无论 是在施 工期 间还是 在运 营期 间 ， 发 生涌 、 渗水 的可 能性 就很 小 ， 相反 ， 如果 隧道 的底 板在
为 中心构成 新 的汇势 。其结 果会使 地下水运 动方 向发
生 改变 ， 形 成局部水 力梯度增 高带 。
２ ． ２ 裂 隙连通情 况
行（ 向小里 程方 向 ， 即酉 阳方 向） ， 溶腔倾 斜一直 延伸 到
拱顶 ， 呈 喇 叭 口形 状 。２ ０ １ ６ 年 ７月 ， 受 重 庆 强 降雨 影 响， 隧道衬砌发生开裂 ， 最大裂缝宽度 ３ ． ３ ８ ｍ ｍ， 长 约 １ ４ ｍ， 沿 隧道纵 向发展 。
碎 屑岩类 、 洞身 间夹薄层 页岩 ， 隧址 区内碳 酸盐 岩溶水
虽然 具有顺 层赋存 、 补给 、 运移 、 排泄 的特点 ， 但 含水层
条件下 ， 隧道 区地 下水 系统 和地 表水 系统水 力联 系增
强 。地 下水 和 地表 水 系 、 地 表水体 的联系通 道 逐渐扩 大， 随着 地下水不 断经 由隧道排 出 ， 地表水体 通过联 系 通 道将 大量补充 到地下 ， 由于隧道 的积水 和汇水 作用 ， 在 隧道影 响范 围内 ， 地下水将 首先进 入隧道 中 ， 并 以其
２ ｏ ｌ ７ 年第ｌ 期
４ ５
毛伟栋 ， …建雄 ： 岩溶 隧道衬 砌水压致 裂分析
隧道 运营期 间发 生衬砌开 裂的 几率明显增 大 。
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1
引
言
地下岩溶突水涌泥、围岩失稳坍塌、支护结构变形 开裂等等[1
－9]
，不但危及人员安全、影响施工进度，
我国岩溶不良地质发育分布广泛，特别是西南 地区岩溶极为发育程日益增 多，施工中经常遭遇岩溶裂隙水灾害的侵扰，导致
还对生态环境造成不良影响，更甚者造成隧道废弃 或改线移址。岩溶裂隙水突出的问题是岩溶隧道施 工中常见的主要地质灾害，深埋引水压力隧洞、水 电站地下洞室围岩也可能发生裂隙岩体水力劈裂而
524
岩
土
力
学
2010 年
引发工程事故。 基于岩溶隧道突水问题，许多学者引入断裂力 学、损伤力学以及数值、试验等方法来研究岩溶裂 隙水突出的相关问题，取得了一系列成果。如唐红 侠 等
[10]
原始湿度岩石和干燥岩石的强度差别很大，水饱和 岩石的强度最低，尤其是被岩溶水溶蚀严重的软弱 岩石的强度受含水率的影响更大，某些软弱岩石浸 水后甚至会迅速崩解而丧失强度。在岩溶水溶蚀的 条件下，饱和水状态下岩石强度 w 与干燥岩石强 度 0 可按如下关系推导： （1）
Abstract: The karst groundwater is one of the most important and active master control factors inducing geohazards such as water outburst and mud gushing, it is of great significance in the evaluation, prediction and control of geohazards. The mechanism of water-rock interaction in karst tunnel has been studied by using theories of karst geology, engineering hydraulics and fracture mechanics, and the effects of such mechanism on water outburst and projecting mud soil during the construction of karst tunnel has been explored; the mechanical mechanism of water gushing process has been analyzed. The research results show that sustaining action of karst water and water pressure on fractured rock mass and the excavation effect lead to water outburst and mud gushing by the way of hydraulic fracture; the mechanical functions of the sustaining action is embodied in four aspects: the softening and scouring mechanical effect of water-rock on fractured rock mass, the hydraulic fracture damage effect of water pressure on fractured rock mass of preventing water, the expanding mechanical behavior of water flow on passageway and the dynamic controlling effect of water pressure on flowing yield. Accordingly, based on fracture mechanics and plastoelasticity, the concept of minimum safety waterproof thickness has been put forward; and the expression of semi-analytical solution has been given; it has been proved by a case study. The reference basis can be provided to study on theory of prevention and cure for the water gushing in the karst area. Key words: karst tunnel; outburst of karst water; mechanical mechanism; minimum rock mass thickness; semi-analytical solution
(tan tan w ) Pw tan w (c cw ) （2）
也进行了
相似的试验研究，并得出一些有益的结论。 岩溶裂隙水突出是水岩长期相互作用并在施工 外力干扰下引发岩体发生破裂突水的一种动力现 象。已有研究结果大多侧重于岩溶水对裂隙岩体的 劈裂作用， 而忽视了突水前后水岩的相互作用机制。 基于上述问题，本文将岩溶裂隙水突出划为蓄势阶 段和失稳阶段，分析突水前水岩长期相互作用的力 学机制，以及突水中岩溶水及水压对围岩和突水量 的力学控制作用。
2
岩溶隧道裂隙水突出力学机制
岩溶的发育起始于水流对可溶岩原有狭小通道
的溶蚀扩展，溶蚀下来的岩石成分通过水流循环不 断被带走，水流通道被拓宽。在岩溶水压作用下岩 体断续裂隙（空隙）发生扩展，连通率增大，从而 改变了岩体的原始结构，渗透性的增加又反之加速 了岩溶水的渗流，同时伴随侵蚀及泥化等作用。隧 道岩体开挖破坏了原有的水力循环系统或静态水体 的稳定，使突水成为可能。岩溶裂隙水突出实质就 是裂隙岩体含水结构、水动力系统和围岩力学平衡 状态因隧道开挖而发生急剧变化，存贮在地下水体 的能量瞬间释放，并以流体的形式高速向隧道内运 移的一种动力破坏现象。 2.1 岩溶裂隙水突出蓄势机制 2.1.1 岩溶水对裂隙岩体的软化溶蚀作用 岩溶水对裂隙岩体具有软化和溶蚀的双重作 用，导致突水结构面的萌生和岩体强度的降低，裂 隙岩体发生劈裂具有一定的安全厚度，该厚度范围 内岩体往往在突水前处于饱和水状态。 水饱和岩石、
式中： 为岩溶地下水引起裂隙岩体抗剪强度的 降低值； Pw 为岩溶水压力；c、 分别为浸水前裂 隙岩体的凝聚力和内摩擦角； cw 和 w 分别为浸水 后裂隙岩体的凝聚力和内摩擦角。对于隧道底板的 岩溶承压水，由于开挖后底板岩层垂向卸压，岩溶 水压 Pw 对裂隙岩石强度的影响更加明显。 2.2 岩溶裂隙水突出失稳机制 岩溶裂隙水突出的实质是裂隙岩体在高水头压 力作用下发生扩展，裂隙相互贯通后再进一步张开 发生劈裂所致。隧道围岩破坏发生涌水后，岩溶水 流对突水通道具有冲刷扩径作用，而岩溶水压的力 学作用则主要体现在对裂纹的扩展动力作用和对突 水量的动力控制作用上。 2.2.1 岩溶水压对裂隙岩体的破坏作用 对于深埋岩溶隧道，岩溶水压对裂隙岩体的破 坏作用是发生突水的主体机制，可采用图 1 计算模 型来考虑平面穿透闭合单裂纹（断裂力学中裂隙称 裂纹）的在岩溶水压作用下的断裂破坏模式及临界 水压[14]。 （1）拉剪断裂破坏突水 在含裂纹的岩体模型中，闭合裂纹受远场地应 力 和 的作用，裂纹与最大主应力 之间的夹 角为 ，裂纹内作用岩溶孔隙水压力 Pw ，假定水压 力沿裂纹各个方向作用力相等，则裂纹面上的应力
收稿日期：2008-12-06 基金项目：西部交通建 设科技资助项目（ No. 2009318000008 ） ；铁道部科技研究开发计划资助项目（ No. 2009G005-C ） ；国家自然科学基金 （No. 50874068） ；山东省自然科学基金（ No. Y2008F22） ；中国博士后科学基金面上资助项目（ No. 20090461235） ；山东大学自主创新基金资助项目。 第一作者简介：李利平，男，1981 年生，博士，讲师，主要从事地下工程灾害预测与控制方面的研究。E-mail: yuliyangfan@
Study of mechanism of water inrush induced by hydraulic fracturing in karst tunnels
LI Li-ping, LI Shu-cai, ZHANG Qing-song
（Research Centre of Geotechnical and Structural Engineering, Shandong University, Jinan 250061, China）
分析了水力劈裂过程中岩体裂隙的形成机制
以及岩体结构和渗透性发生的变化规律。L. Weijers
[11]
利用 Biot 理论讨论了水力压裂的起裂、 扩展和
闭合过程。黄润秋等[12]则从断裂力学角度分析了深 埋隧道高压水头作用下裂隙的扩展机制。 杨天鸿等[13] 对非均质岩体建立了渗流、应力和损伤耦合作用的 数学模型。李宗利等[14]从断裂力学角度分析了岩石 破裂水力劈裂机制，并推导了破坏模式临界水压计 算公式。谢兴华等[15]引入损伤概念，研究了矿井底 板的突水机制。詹美礼等[16]通过厚壁圆筒试验探讨 了水力劈裂破坏条件，并提出了发生水力劈裂破坏 的半经验理论关系。 L. C. Murdoch 等[17
摘 要：岩溶地下水是诱发隧道发生突（涌）水地质灾害的主导因素之一，岩溶裂隙水对隧道围岩的危害越来越成为岩溶地 区隧道建设中的热点研究问题之一。基于目前岩溶裂隙水突出机制研究现状，运用岩溶地质学、工程水力学和断裂力学相关 理论分析岩溶地区隧道水岩相互作用机制，探讨了水岩相互作用对岩溶地区隧道施工发生突（涌）水的影响，揭示岩溶地区 隧道裂隙水突出前后过程的力学机制。研究表明：岩溶隧道裂隙水突出是裂隙岩体在岩溶水及水压的持续作用下受施工外力 干扰发生劈裂的结果，岩溶水和水压在裂隙岩体突水破坏过程中的力学作用主要体现在 4 个方面，即突水蓄势期岩溶水对裂 隙岩体的软化溶蚀作用、水压对裂隙岩体的劈裂作用，突水失稳期水流的冲刷扩径作用、水压对突水量的动力控制作用。基 于上述分析，以断裂力学、弹塑性力学理论为基础，提出岩溶隧道岩溶裂隙水突出的最小岩石防突厚度概念，推导了其半解 析解表达式，并为工程实例所验证，其结果可为高风险岩溶地区隧道突水理论与防治措施提供参考。 关 键 词：岩溶隧道；裂隙水突出；力学机制；最小岩石防突厚度；半解析解 中图分类号：U 451 文献标识码：A