Vol.28 No.7 王树仁等：岩溶隧道突水灾变过程分析及控制技术 615。 引发的岩溶突水不受单元边界效应的影响 覆岩重量 根据岩溶溶管（溶洞）与圆形隧道工程在空间 TW 分布的主要位置关系，可将岩溶突水的地质模式 覆岩重量 按图3分类. 道 顶位交错 溶 横向断面 底位交错 溶 交错模式 上侧位交错 (a)顶位交错模式 b)底位交错模式 突 地质 下侧位交错 A W 模 覆岩重量 覆岩重量 纵断面 上侧位交叉 交叉棋式 下侧位交义 继道 隧通 下侧位岩溶 图3隧道工程岩溶突水的地质模式分类 上侧位岩溶 Fig.3 Classification of karst water burst types in Yuanliang (c)上侧位交错模式 (d)下侧位交错模式 shan tunnel 图4横向断面交错模式计算模型 2.2岩溶突水机理分析 Fig 4 Computational models of the transverse section 22.1计算模型与力学参数 根据隧道岩溶突水的地质模式分类，构建岩 应力为15MPa.模型下部固定，左右边界限制水 溶突水的计算模型) 平移动.上侧位交叉和下侧位交叉模式的计算模 横向断面交错模式计算模型为40m(宽)× 型如图5所示. 40m(高)，划分为1600个单元.溶管直径取8m, 网 NE111 开挖隧道的直径为7m.隧道围岩水平应力为18 覆岩重量 图岩重量 MPa,模型上边界模拟埋深为600m时的自重应 隧道工程 隧道工程 力为15MPa.模型下部固定，左右边界限制水平 上侧位岩溶 下侧位岩溶 移动.顶位交错、底位交错、上侧位交错和下侧位 (a)上侧位交义模式 交错模式的计算模型分别如图4(a)~(d)所示. ()下侧位交叉模式 纵向断面交叉模式的计算模型为70m(宽) 图5纵向断面交叉模式计算模型 ×60m(高)，划分为4200个单元.溶管直径取8 Fig.5 Computati onal models of the lengthways section m,开挖隧道的高度为7m.隧道围岩水平应力为 材料破坏选用Mohr Coloumb破坏准则.数 18MPa,模型上边界模拟埋深为600m时的自重 值计算力学参数见表1所示. 表1计算力学参数表 Tabel 1 Mechanical parameters 岩体 容重/ 体积模量/ 剪切模量/ 粘聚强度/ 抗拉强度/ 摩擦角/ 渗透系数/ 类别 孔隙度 名称 (kg'm3) GPa GPa MPa MPa ) (Pa-1-s-1) 隧道围岩 灰岩 2500 &0 60 260 1.0 30 10-12 02 溶管岩体充填介质 1500 08 0.6 035 20 12 10-6 06 22.2岩溶突水规律分析 厚度的减小，隧道产生的最大位移量逐渐增大. (1)顶位交错模式岩溶突水规律 当隔离岩柱厚度由1.5m向05m递减时，隧道 (a)破坏场规律.如图6所示，随着隔离岩柱 最大位移量突然成倍增长 厚度的减小，隧道顶部产生塑性破坏的范围逐渐 (c渗流场规律.由图6~图8可知，随着隔 扩大.当隔离岩柱厚度由15m向0.5m递减时， 离岩柱厚度的减小，隧道涌水量逐渐增大，尤其当 隧道顶部的破坏范围突然成倍扩展，隧道顶部围 隔离岩柱厚度由15m向0.5m递减时，隧道涌 岩破坏严重，出现了大量的拉破坏单元 水量突然成倍增长. (b)位移场规律.如图7所示，随着隔离岩柱 (2)交错模式岩溶突水规律引发的岩溶突水不受单元边界效应的影响. 根据岩溶溶管( 溶洞) 与圆形隧道工程在空间 分布的主要位置关系, 可将岩溶突水的地质模式 按图 3 分类. 图 3 隧道工程岩溶突水的地质模式分类 Fig.3 Classification of karst water burst types in Yuanliang￾shan tunnel 2.2 岩溶突水机理分析 2.2.1 计算模型与力学参数 根据隧道岩溶突水的地质模式分类, 构建岩 溶突水的计算模型[ 7] . 横向断面交错模式计算模型为 40 m( 宽) × 40 m( 高) , 划分为 1 600 个单元.溶管直径取 8m, 开挖隧道的直径为 7 m .隧道围岩水平应力为 18 M Pa, 模型上边界模拟埋深为 600 m 时的自重应 力为 15 MPa .模型下部固定, 左右边界限制水平 移动 .顶位交错、底位交错、上侧位交错和下侧位 交错模式的计算模型分别如图 4( a) ～ ( d) 所示 . 纵向断面交叉模式的计算模型为 70 m( 宽) ×60 m( 高) , 划分为 4 200 个单元 .溶管直径取 8 m, 开挖隧道的高度为 7 m .隧道围岩水平应力为 18 MPa, 模型上边界模拟埋深为 600 m 时的自重 图 4 横向断面交错模式计算模型 Fig.4 Computational models of the transverse section 应力为 15 M Pa .模型下部固定, 左右边界限制水 平移动.上侧位交叉和下侧位交叉模式的计算模 型如图 5 所示 . 图 5 纵向断面交叉模式计算模型 Fig.5 Computational models of the lengthways section 材料破坏选用 Mohr-Coloumb 破坏准则.数 值计算力学参数见表 1 所示. 表 1 计算力学参数表 Tabel 1 Mechanical parameters 类别 岩体 名称 容重/ ( kg·m -3 ) 体积模量/ GPa 剪切模量/ GPa 粘聚强度/ MPa 抗拉强度/ MPa 摩擦角/ (°) 渗透系数/ ( Pa -1·s -1 ) 孔隙度 隧道围岩 灰岩 2 500 8.0 6.0 2.60 1.0 30 10 -12 0.2 溶管岩体 充填介质 1 500 0.8 0.6 0.35 2.0 12 10 -6 0.6 2.2.2 岩溶突水规律分析 ( 1) 顶位交错模式岩溶突水规律 . ( a) 破坏场规律.如图 6 所示, 随着隔离岩柱 厚度的减小, 隧道顶部产生塑性破坏的范围逐渐 扩大 .当隔离岩柱厚度由 1.5 m 向0.5m 递减时, 隧道顶部的破坏范围突然成倍扩展, 隧道顶部围 岩破坏严重, 出现了大量的拉破坏单元 . ( b) 位移场规律 .如图 7 所示, 随着隔离岩柱 厚度的减小, 隧道产生的最大位移量逐渐增大. 当隔离岩柱厚度由 1.5 m 向 0.5 m 递减时, 隧道 最大位移量突然成倍增长 . ( c) 渗流场规律.由图 6 ～ 图 8 可知, 随着隔 离岩柱厚度的减小, 隧道涌水量逐渐增大, 尤其当 隔离岩柱厚度由 1.5 m 向 0.5 m 递减时, 隧道涌 水量突然成倍增长. ( 2) 交错模式岩溶突水规律 Vol.28 No.7 王树仁等:岩溶隧道突水灾变过程分析及控制技术 · 615 ·