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 ．
Ｍ ａ ｃ ｒｈ ２ ２ Ｏ１
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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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ＧＵＯ ｉ— ｉ． ＱＩ Ｏ — ｈ ｎ Ｊａ ｑ Ａ Ｃｈ ｎ ｓ ｅ ｇ ｕ
（ ． 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。
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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
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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