隧道穿越富水断层隔水岩体冲切剪切破坏研究

孙希波， 刘宏翔， 李鹏飞， *， 郭彩霞

(1. 北京市轨道交通建设管理有限公司， 北京 100068；2. 北京工业大学 城市与工程安全减灾教育部重点实验室， 北京 100124)

0 引言

随着我国隧道工程建设的迅猛发展，所面临的工程地质和水文地质环境日趋复杂，在修建过程中不可避免会遇到富水断层等不良地质情况。由于富水断层内岩体松散破碎，且通常具有高应力、高水压等特征，再加上施工管理不当等因素，施工过程中极易发生突水突泥灾害，对隧道建设及人员安全造成极大威胁[1]。为避免发生突水突泥灾害并为防突水措施的制定提供参考，研究隧道穿越富水断层时隔水岩体的最小安全厚度具有一定的工程应用价值。

国内外学者对隔水岩体最小安全厚度进行了相关研究，研究手段主要有理论分析和数值模拟。在理论分析方面： 1)有学者将极限平衡法应用于隔水岩体最小安全厚度的研究中，建立相应的力学模型，并针对力学模型进行受力分析得到力学平衡关系式，最后经过计算及化简得到隔水岩体最小安全厚度；此时，隔水岩体破坏形状为类长方体，在致灾构造的水、岩作用力下整体被冲进隧道临空面，为直接剪切破坏[2-7]。2)有学者则采用极限分析法，建立合理的、满足速度相容条件的破坏模式，根据几何关系确定隧道掌子面与致灾构造之间的隔水岩体破坏瞬时的内能耗散功率与各外力功率，令内能耗散功率等于各外力功率求解隔水岩体最小安全厚度；……