《岩溶隧道上覆大型水體突出前兆及其災害突變機理研究》是依託山東大學，由李利平擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：岩溶隧道上覆大型水體突出前兆及其災害突變機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李利平
- 依託單位：山東大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
突水機理與災害控制是目前岩溶隧道施工中的重大理論與技術難題，本項目以岩溶地區含水構造賦存規律研究為基礎，以大量工程實踐為依託，套用理論分析、物理模擬和數值分析等手段，系統研究岩溶隧道上覆特大體量岩溶水體突出的前兆信息及其災害突變機理。通過岩溶地區含水構造賦存條件和水源補給規律的研究，辨識其臨突地質前兆信息，提出突水的發生條件與影響因素；通過流固耦合模型試驗系統，開展隧道施工誘發特大體量水體突出的模型試驗，研究突水前後水體附近圍岩力場和地球物理場的變化規律及其臨突特徵；研究各場信息的相關性及其對突水預測的有效性，分析突水破裂通道形成過程中圍岩應力、位移和滲流等多元信息的演化規律，建立突水前兆多元信息識別模型；研究特大體量含水構造失穩的非線性突變特徵，建立岩溶水體突出的尖點突變模型，給出突水判據和最小安全厚度，提出特大體量含水構造的穩定控制方法，研究成果對於岩溶隧道災害預測與控制具有重要意義。
結題摘要
本項目針對岩溶隧道突水機理與防治基礎理論問題，重點圍繞岩溶隧道突水發生條件、前兆信息規律及突出的災變機理與控制方法三方面內容，採用理論分析、物理模擬和數值仿真等綜合研究方法，開展岩溶隧道上覆大型水體突出前兆及其災害突變機理的研究，歷經三年完成了研究任務，取得了如下標誌性成果： 1、提出了岩溶水體突出的發生條件與影響因素：基於我國近50年隧道突水案例的系統調研和歸類分析，開展了岩溶地區含水構造賦存條件和賦存規律研究，辨識大型岩溶水體臨突地質前兆信息，將突水影響因素劃分為工程地質條件和人為施工擾動兩類，從含水構造能量儲存、岩溶水動力性能與能量釋放和含水構造系統的穩定性三個方面，提出了大型岩溶水體突出的發生條件。 2、揭示了突水前兆多元信息演化規律及其臨突特徵：通過自主研製的新型流固耦合模型試驗系統的研製，開展了岩溶隧道上覆大型水體突出的大型三維相似模型試驗，結合案例分析和理論數值分析，揭示了突水災變演化過程中岩溶水體及其附近圍岩應力場、位移場、滲流場以及電場和聲發射信號的變化規律及其臨突特徵。在隔水層破斷突水前，圍岩應力變化持續增長後發生回跌，但已瀕臨突水。圍岩位移變化持續增長後發生跳躍，在跳躍前出現孕育突水前兆的穩定突升段。圍岩滲透壓力變化持續降低後發生急劇跌落，在突水前很長時間裡出現孕育突水前兆的異常波動段。圍岩視電阻率和聲發射能量也在突水前產生明顯的突升和激增現象，尤其是視電阻率突升段的增長點出現在突水前較長的時間段。通過對多場信息變化規律的內在聯繫及其對突水預測的有效性分析，發現隔水層的滲透壓力、視電阻率及位移變化信息在突水前具有明顯的前兆特徵，是突水災害預警和監測的重要前兆信息源。 3、建立了岩溶水體突出的力學模型及其判據與最小岩體防突安全厚度分析方法：針對岩溶隧道上覆大型水體突出，採用突變理論建立了隔水岩層破斷突水的尖點突變模型，利用系統勢函式分叉集的突跳現象，提出了岩溶水體突出的力學判據與最小安全厚度分析方法。基於系統主控參數對突變路徑的控制分析，提出特大體量含水構造的穩定性控制方法，並套用於岩溶隧道突水的預測和治理工程中。 本項目獲省部級科技進步一等獎2項、二等獎1項，獲發明專利15項，軟體著作權6項，發表文章29篇，其中SCI收錄2篇，EI收錄20篇，培養研究生6名。項目成果套用於湖北三峽翻壩高速公路等多條隧道突水災害控制中。
