[发明专利]隧道仰拱三维突水破坏临界水压与临界厚度的确定方法

摘要

本发明公开了一种隧道仰拱三维突水破坏临界水压与临界厚度的确定方法。本发明主要是，首先计算仰拱三维突水破坏面尺寸之间的几何关系，然后分别计算水压外力功率、隔水层重力外力功率、内能耗散功率，最后根据外力功率等于内能耗散功率，确定在已知隔水层厚度时，仰拱突水破坏时的临界水压；或确定在已知含水层水压力时，隔水层的临界厚度。本发明为确定隧道仰拱突水破坏时的临界水压与临界厚度提供了计算方法；据此可以判断隧道仰拱是否突水、隔水层厚度是否满足要求，并为泄水降压提供依据，如高水压下，把水压降低到临界水压以下，则可以有效避免突水的发生；同时本发明的方法可以确定隧道仰拱突水破坏时三维破坏面形状。

主权项

1.一种隧道仰拱三维突水破坏临界水压与临界厚度的确定方法，其特征在于包括如下顺序的步骤：(1)确定仰拱三维突水破坏面尺寸之间的几何关系如下：L1＝L2‑H tanφ；式中：L1为隔水层底破裂范围的一半；L2为隔水层顶面破裂范围的一半，即仰拱跨度的一半；H为隔水层厚度；φ为围岩内摩擦角；LAB、LCD为破坏圆台的母线长度；SABCD为破坏圆台的侧面面积，即三维破裂面面积；(2)水压力外力功率为：Wp＝pπL12v；式中：Wp为水压力外力功率；p为含水层水压力；v为破裂面上的间断速度；(3)隔水层自重荷载所做的外力功率为：式中：Wr为隔水层自重荷载所做的外力功率；γ为围岩重度；H为隔水层厚度；(4)内能耗散功率为：式中：ED为内能耗散功率；c为围岩粘聚力；(5)由能量守恒原理，即外力功率等于内能耗散功率：ED＝Wp+Wγ；在隔水层厚度H已知的情况下，可以求得仰拱突水破坏时的临界含水层水压力p；或在含水层水压力p已知的情况下，可以反求得仰拱突水破坏时的临界隔水层厚度H，并且根据L1、L2和H可以确定隧道仰拱突水破坏时三维破坏面形状。