隐伏溶洞与山岭隧道间安全厚度预测模型及应用研究

岩溶地区隧道建设和运营过程中经常发生的突水地质灾害和隧道围岩失稳给隧道施工安全和长期稳定性带来了严重危害。本项目针对隐伏溶洞对隧道的危害程度的评价方法，通过岩溶地层地质条件和岩体结构特征的现场调查、岩石强度测试和疲劳试验、理论分析、利用相似材料的大型模型试验以及数值模拟、工程验证等相结合的研究方法，探讨隧道与溶洞间岩柱厚度、岩体的层理厚度、节理间距、岩石和岩体强度、埋深、溶洞大小及内部水压力等因素与隧道突水、围岩失稳之间的关系，揭示其发生机理和发生条件，建立隧道与溶洞间安全距离预测的数学模型和智能模型，以便根据影响安全距离的众多相关因素快速给出隧道与隐伏溶洞间需保持的最小间距，为岩溶隧道设计、施工提供一个简便实用的预测工具，为保证隧道施工和长期运营安全，防止岩溶灾害的发生起到重要指导作用。

岩溶地区隧道建设和运营过程中经常发生的突水灾害给隧道施工安全和长期稳定性带来了严重危害。针对隐伏溶洞与隧道间安全距离的评价方法，通过地质条件和岩体结构特征的现场调查、岩石力学试验和疲劳试验、理论分析、数值模拟以及工程验证等，研究取得的主要成果包括：（1）得出了加载速率对石灰岩力学参数的影响规律和疲劳特性及疲劳寿命，建立了石灰岩的疲劳损伤模型。（2）针对大型隐伏溶洞安全距离预测问题，分别建立了溶洞位于隧道上方、隧道下方以及隧道侧方时的结构力学模型，推导得出了隐伏溶洞与隧道间安全距离的计算公式。（3）采用Schwarz交替法和格里菲斯断裂准则，建立了隧道周边中小型隐伏溶洞与隧道间安全距离计算的理论计算方法。（4）通过对大量数值模拟结果的统计分析，确定了影响隧道与隐伏溶洞间安全距离的主要影响因素，建立了隧道周边隐伏溶洞安全距离预测的经验公式。（5）通过对大量数值计算结果的统计分析，确定了影响隧道和泄水洞与掌子面前方隐伏溶洞间安全距离的主要影响因素，建立了隧道和泄水洞与前方溶洞间岩柱安全厚度预测的经验公式。（6）揭示了岩溶隧道突水、突泥机理，建立了基于临界水压力的掌子面岩墙安全防突厚度计算公式。上述研究成果已经用于宜万铁路隧道工程，为岩溶隧道设计、施工提供了一个简便实用的预测工具，为保证隧道施工和长期运营安全，防止岩溶灾害的发生起到了重要指导作用。