刍议隧道岩溶突水因素及机理分析（杨君）(2)

溶洞的大小相同,只是溶洞与隧道间的相互位置不同即洞壁的厚度不同时,从计算结果可以得出如下规律:

表1 不同洞壁厚度条件下计算结果表

(1)初始位移场和应力场基本相同,隧道开挖后,洞壁厚度不同时,其位移场和应力场也不相同;

(2)隧道开挖后,随着洞壁厚度的增加最大竖向位移、最大竖向拉应力和最大塑性应变值减小,而最大竖向压应力反而增加;

(3)当洞壁厚度从1 m变化到3 m时应力场和位移场的变化量值与洞壁厚度从3 m变化到5m时相比其变化量值幅度随着洞壁厚度的增加而减小;

(4)随着洞壁厚度的增加,塑性区最大塑性应变值减小幅度比较大;

(5)从图上可以看出,随着洞壁厚度的增加,塑性区的大小有变化;特别是当洞壁厚度仅为1m时,其塑性区已经完全外包溶洞,即跨过了溶洞;而当洞壁厚度为3m和5m时,则塑性区的大小比较接近。出现以上规律的原因分析:隧道的开挖,其围岩中的应力释放,进行应力重分布;当洞壁厚度比较小时,如1 m情况,则隧道开挖的应力释放直接影响到溶洞所在区域,由于溶洞是一个软弱带,所以塑性区直接穿过溶洞,导致洞壁围岩塑性破坏,从而发生突水突泥现象;当洞壁厚度比较大时,例如3m或5m情况,由于本围岩属于III级,其地层条件比较好(设计中锚杆的长度采用的是2.5m) ,隧道的开挖产生的围岩应力释放影响区域还在洞壁内,则洞壁靠近溶洞侧处于弹性受力状态,不会发生塑性变形,更不会破坏了,所以不会出现突水突泥现象;但是,如果溶洞内处于有压水状态,则在水的压力作用下,随着水压力的增加洞壁会发生塑性变形直到破坏,发生突水突泥现象。因此,在隧道施工中洞壁的厚度是引起岩溶突水突泥的一个关键因素。 4 结论

本文主要就岩溶山区修建公路隧道引起的突水机理和模式进行了详细研究,在分析岩溶突水的地质因素、地表降水和气温因素的基础上,得出岩溶隧道施工突水机理为:在隧道施工过程中,由于隧道开挖引起围岩应力变化产生塑性区,当该塑性区与岩溶中充填物溶沟贯通时,则必然造成突水,这就是岩溶隧道施工中诱发突水灾害的根本原因。通过对溶洞洞壁厚度不同进行的数值模拟分析,其结论为:

(1)初始位移场和应力场基本相同,隧道开挖后其位移场和应力场不相同; (2)随着洞壁厚度的增加,塑性区最大塑性应变值减小幅度比较大; (3)在隧道施工中洞壁的厚度是引起岩溶突水突泥的一个关键因素。