裂隙性隧道围岩滞后性破裂及涌水突泥机理研究

A period tiames after tunnel shaped,it created great persons injurying and deaths and property loss that surrounding rock suddenly delay burst and causes blowing and mud flow.Now, research work is more for the blowing and mud flow phenomena of surrounding rock of tunnel with exposing,but research work is little for the blowing and mud flow caused by crack surrounding rock suddenly delay burst. Based on the typical tunnel project and its monitoring and measuring data,the topic plans to widely collect research data in the field of irriation and hydroelectricity, transportation and mining industry，and to study the mechanism of crack surrounding rock delay burst and blowing and mud flow with the methods such as field survey and measurement, hydrology and engineering geology analysis ,rock mechanical test, physical and numerical simulation and rock-mass stucture analysis.The topic will be probe the relationship among the property of typical surrounding rock and its structure, tunnel shape and size and delay fracture feature of crack surrounding rock of the tunnel. The topic attempt to reveal mechanism of crack surrounding rock delay burst and blowing and mud flow for tunnel.The purpose of the topic is to settle foundation for establishing delay fracture judgement criterion of crack surrounding rock and evaluation or forecast theory and method of blowing and mud flow based on the action under the high situ stress, groundwater pressure and demolition turbulence.

隧道开挖成洞一段时间之后，围岩出现突发式滞后性破裂而引起围岩涌水突泥的现象时有发生，造成过巨大的伤亡和损失。目前对隧道围岩揭穿性涌水突泥现象研究较多，对围岩特别是裂隙性围岩滞后性破裂引发涌水突泥现象研究很少。本项目拟在广泛收集水利水电、交通和矿业等领域研究资料基础上，采用现场调研与测试、水文与工程地质分析、岩石力学试验、物理及数值模拟和岩体结构力学分析等方法，以典型隧道工程及其监测资料为基础，就高地应力、高地下水压力和爆破扰动作用下，裂隙性隧道围岩滞后性破裂和涌水突泥机理进行研究; 探索高地应力、高地下水压力和爆破扰动作用下，典型隧道围岩岩性及结构、隧道形态及尺寸与裂隙性围岩滞后性破裂特征之间的关系，揭示裂隙性围岩滞后性破裂和涌水突泥机理，为建立基于高地应力、高地下水压力和爆破扰动作用下，裂隙性隧道围岩滞后性破裂判据和涌水突泥危险性评价预测理论和方法奠定基础。

1.项目背景：隧道修建中常遇到涌水突泥灾害，目前对非揭穿型裂隙围岩滞后性破裂及其引起的涌水突泥机理和形成条件未给予足够重视，导致许多隧道出现开挖掌子面后方发生较大规模的涌水突泥工程事故，造成了众多人员伤亡和巨大财产损失。为此,申请面上基金项目“裂隙性隧道围岩滞后性破裂及涌水突泥机理研究”，开展相关问题的研究并得到基金委批准。.2.主要研究内容：（1）依托隧道区天然地应力及围岩应力分布和隧道围岩岩石力学特性及岩体结构；（2）隧道区水文地质结构特征及水文地质特征；（3）隧道围岩岩体力学特性与岩体水力学结构模型；（4）围岩结构性时效变形和破裂与涌水突泥机制。.3.重要成果：（1）理论与方法成果：1）小曲率或直边隧道围岩变形破裂逐渐向板裂化发展，形成的定向裂隙孔隙率逐渐变大；2）地下泥水逐渐向变大的定向裂隙聚集形成地下泥水压力并逐渐增大；3)板裂化围岩在轴向围岩应力和横向地下泥水压力作用下产生时效弯曲变形破裂，达到极限状态时突发脆断，泥水突然喷涌而出形成灾害；4)在板裂化围岩时效弯曲变形过程中如有爆破等动力触发，板裂化围岩将会提前突然破裂引起涌水突泥；5）建立了围岩板裂概化模型，推导了变长度、厚度及地下泥水压力下的两端固定，轴向围岩压应力和横向地下泥水压力作用下的板弯曲时效变形破裂理论公式，建立了突发破裂判据，并得到原样小模型、相似材料模型及数值模型分析结果初步验证。（2）论文成果：发表论文46篇，其中期刊论文45篇，会议论文1篇；检索论文SCI论文3篇，EI论文10篇，北大中文核心期刊论文37篇；另有2篇录用待刊。（3）专利成果：发明专利2项，新型专利4项。（4）出站博士后1名;毕业博士2名，即将毕业3名；毕业硕士17名，即将毕业2名。.4.关键数据及其科学意义：板裂化围岩破裂深度是隧道小曲率或直边墙长度的0.4-0.5倍，这对裂隙性围岩变形破裂及涌水突泥机理认识及引起的工程灾害评价防治具有科学意义。