富水隧道掌子面突水破坏临界水压及临界厚度的确定方法技术

本发明专利技术公开了一种富水隧道掌子面突水破坏临界水压及临界厚度的确定方法。根据掌子面前方富水的压力、隧道开挖断面尺寸、隔水层厚度、围岩条件等情况，分别计算富水压力所做功率、破裂面能量耗散功率，依据能量守恒原理，求得含有隔水层的函数表达式，基于高等数学中函数求极值方法，求得在既有富水压力下的隔水层临界厚度；改变富水压力的情况，可以得到不同富水程度下掌子面前方临界隔水层厚度，对应的富水压力即临界突水压力；改变掌子面前方围岩条件，可以得到不同围岩条件下掌子面前方突水临界水压与临界隔水层厚度。本发明专利技术为判断富水隧道掌子面是否突水提供了计算方法；据此可以评价施工是否安全，隔水层厚度是否满足要求等。

Determination method of water inrush critical pressure and critical thickness of water rich tunnel

The invention discloses a method for determining the water rich tunnel face water inrush critical pressure and critical thickness. According to the front of the working water pressure, tunnel excavation section size, thickness of aquifuge and surrounding conditions, rich water pressure as power, fracture surface energy dissipation power were calculated, based on the principle of energy conservation, the function expression of aquifuge containing function in higher mathematics, the extremum method based on the obtained in both the critical thickness of aquifuge are rich in water under pressure; change the rich water pressure, rich water can get different degree of tunnel face critical thickness of aquifuge, rich water pressure corresponding to the critical water pressure change; in front of the face surrounding rock, can be obtained in different rock conditions in front of the face of water inrush critical water pressure and the critical thickness of aquifuge. The present invention for judging water rich tunnel face water inrush is a method of calculating; according to evaluation of construction safety aquifuge thickness meets the requirements etc..

【技术实现步骤摘要】
富水隧道掌子面突水破坏临界水压及临界厚度的确定方法
本专利技术属于土木工程中隧道施工
，具体涉及一种富水隧道掌子面三维突水破坏临界水压及临界厚度的确定方法。
技术介绍
涌突水灾害是影响隧道施工的最大障碍之一，突水的发生机理和过程较为复杂，不同地区、不同地质条件、不同特点的工程部位突水机理都各不相同。突水的关键是如何确定临界突水压力和隔水层的安全厚度，从而指导设计与施工。开展隧道开挖条件下涌突水研究，对隧道突水预测与安全施工具有理论意义和工程价值。目前，隧道开挖过程中涌突水机理及过程模拟研究取得了一定的进展，但在复杂断层等软弱地质条件下隧道涌突水演化机理研究还有待深入。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种富水隧道掌子面突水破坏临界水压及临界厚度的确定方法。本专利技术为判断富水隧道掌子面是否突水提供了计算方法；据此可以评价施工是否安全，隔水层厚度是否满足要求，是否要对前方富水进行泄水降压，或对掌子面进行注浆加固以提升临界突水压力等。本专利技术的目的是通过如下的技术方案来实现的：该富水隧道掌子面突水破坏临界水压及临界厚度的确定方法，包括如下步骤：(1)确定破坏体之间的几个关系如下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种富水隧道掌子面突水破坏临界水压及临界厚度的确定方法，其特征在于包括如下步骤：(1)确定破坏体之间的几个关系如下：

【技术特征摘要】
1.一种富水隧道掌子面突水破坏临界水压及临界厚度的确定方法，其特征在于包括如下步骤：(1)确定破坏体之间的几个关系如下：式中：dA为破坏面微元面积；r(x)为破坏面到破坏体中心线x轴的垂直距离；a为破坏面上任意一点的切平面与掌子面前方破坏体的速度v的夹角；r与r(x)表达的是同一个意思；r'为r的一阶导数；以下的r'(x)与r'表达的是同一个意思；(2)隧道掌子面前方富水压力所做功率为：式中：Wp为富水压力所做功率；p为含水层的水压力；d为掌子面前方破裂的宽度；v为掌子面前方破坏体的速度；(3)掌子面破坏面的能量耗散率为沿整个破坏面的积分：式中：ED为掌子面破坏面的能量耗散率；A为整个破坏面的面积；WA为破坏面微元面积dA上的能量耗散率；其中：而：所以：式中：σ1为最大主应力；σ3为最小主应力；σt为岩石的抗拉强度；结合几何关系，可以求得：式中：H为隔水层厚度；(4)由能量守恒原理，即外力功率与内能耗散功率相等，可以得到：Wp＝ED；(5)将步骤(2)公式与步骤(3)公式带入上式，可以得到掌子面前方含水层的水压力p为：(6)为求掌子面临界突水的含水层的水压力p，令泛函为：

【专利技术属性】
技术研发人员：安永林，欧阳鹏博，岳健，胡文轩，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43