深埋岩溶隧道爆破开挖对围岩损伤及渗流特性的影响

摘要

深埋岩溶隧道开挖会造成围岩特殊的损伤破坏形式，并且损伤区也会影响围岩渗流场及隧道边界的涌水状况，对深埋岩溶隧道爆破开挖作用下围岩的损伤及渗流特性有重要的研究意义。为了研究爆破开挖对深埋岩溶隧道围岩损伤及渗流的影响规律，基于COMSOL Multiphysics软件建立数值模型并嵌入应力-渗流-损伤耦合方程式进行计算，采用解析法计算了简化条件下岩溶隧道开挖时围岩的应力分布，并与数值计算结果进行比较。结果表明：解析法与数值法计算的围岩应力分布有一致性，爆炸荷载使靠近溶洞侧隧道肩部及脚部区域会产生较大的拉应力；爆破后会在隔水岩柱形成“齿”状损伤区，同时引起肩部及脚部区域流速的增加，其可作为判断溶洞方位的参考依据；溶洞净距减小、洞径及水压增加会引起“齿”延伸倾角及最大涌水位置变化、隧道边界涌水量的增加，可根据“齿”延伸方向判断损伤区检测的合理方位，根据最大涌水位置变化、隧道边界涌水量的变化，合理调整涌水防治措施强度及重点防治部位。研究成果可为溶洞位置判定、隧道损伤区检测以及边界涌水防治措施提供参考。

关键词

深埋隧道 / 溶洞 / 隔水岩柱 / 损伤 / 边界渗流

基金资助

国家自然科学基金（51979208）; 湖北省自然科学基金杰出青年人才项目（2020CFA102）; 海南省自然科学基金创新研究团队项目（521CXTD444）; 国家大学生创新创业训练计划资助（202310497082）;国家大学生创新创业训练计划资助（202310497083）