基于突变理论的岩溶隧道拱顶安全厚度分析与失稳预测

邹洋，彭立敏，张智勇，雷明锋，彭龙，施成华

(1.中南大学 土木工程学院，湖南 长沙 410075；2.中交三航局第三工程有限公司，江苏 南京 210011)

我国幅员辽阔，地理地质条件十分复杂，是世界岩溶分布最广的国家，特别是贵州、广西及云南等西南部地区。随着国家“西部大开发”的全面推进，各类诸如高速公路、铁路等基础设施不断向西部延伸，必将跨越广大岩溶地区[1]。已有实践表明，岩溶隧道施工受溶洞、溶腔内充满填充物以及突水突泥等影响显著。其中，隧道与溶洞间岩层的失稳、垮塌是岩溶区隧道常见的工程问题之一，严重地影响隧道施工和运营安全。因此，研究岩溶区隧道与溶洞间的安全厚度，确保两者间岩层的稳定性对保证岩溶区隧道施工及运营期的安全具有重要的现实意义[2−3]。针对岩溶隧道岩墙安全厚度及失稳问题，大量学者通过经验类比、数值模拟和理论计算等方法开展了研究。在经验类比方面，林杭等[4]利用强度折减法，建立了岩体厚度折减法理论；刘超群等[5]基于工程经验，对不同因素进行回归统计，确立了岩墙安全厚度的经验公式。在数值模拟方面，曹茜[6]以宜万铁路为工程依托，采用FLAC3D对岩溶隧道洞壁安全距离开展模拟，建立了数学预测模型。刘晓蕾[7]利用Midas软件分析了溶洞的大小与分布对隧道围岩稳定性的影响。在理论研究方面，周科平等[8]利用非线性原理中的BP人工神经网络方法，建立了安全厚度预测模型；王勇等[9]采用回归方式建立隧道与溶洞的安全厚度模型；……