[发明专利]一种隧道涌水量预测方法

说明书

本发明意在提供一种涌水量的预测方法，采用数值方法预测隧道涌水量时，在不同经验公式的参考下，引入水位调整系数，通过一个工况隧道的涌水量预测，预测不同水位下的隧道涌水量，可以极大降低工作量，提高预测的工作效率。

技术领域

本发明涉及隧道涌水量预测方法领域。

背景技术

随着隧道及地下工程的发展，越来越多的地下结构在施工和使用过程中，时刻都受到地下水的危害。由于地下水的渗透和侵蚀作用，使工程产生病害，轻则影响使用效果，重则使整个工程报废，造成巨大的经济损失和严重的社会影响。

鉴于隧道地下水问题的重要性，国内外学者对隧道地下水涌水量的研究都很重视，对隧道地下水涌水量问题进行了大量的勘测、试验和分析研究工作。其中确定性数学模型方法是利用水力学、地下水动力学等方面的理论，通过数学演绎，推导出隧道涌水量与环境地下水位、围岩渗透性、地下水补给范围、补给时间等因素的定量关系，得出一系列理论或经验解析公式，以预测计算隧道的涌水量。这类方法包括了水文地质类比法(比拟法、径流模拟法)、水均衡法、解析法和数值模拟法等。

发明内容

本发明意在提供一种涌水量的预测方法，采用数值方法预测隧道涌水量时，在不同经验公式的参考下，引入水位调整系数，通过一个工况隧道的涌水量预测，预测不同水位下或不同渗透系数下的隧道涌水量，可以极大降低工作量，提高预测的工作效率。

具体技术方案如下：

一种隧道涌水量预测方法，其特征在于：根据不同水位H采用不同水位调整系数η进行涌水量的预测值的调整，具体为：

其中

以上各式中：K为岩体的渗透系数；H₀和H对于式(1)和(3)为含水层中原始静水位至隧道底板的距离，对于式(2)和(4)为静止水位至洞身横断面等价圆中心的距离，并且H₀为标准水位高度，H为待求水位高度；r₀为隧道洞身横截面的等价圆半径；d为隧道洞身横截面的等价圆直径；m为转换系数，取0.86；η₁和η₂为水位调整系数，在其他参数相同的条件下，不同水位引起涌水量变化的比值；Q_H为待求涌水量。

进一步地：所述预测方法选用FLAC3D软件建立数值分析模型进行数值模拟。

进一步地：所述模拟采用的渗流模型做如下假定：

(1)视围岩和结石体为均质的、各向同性的等效连续渗透介质；

(2)隧道处于稳定渗流状态；

(3)地下水流服从Darcy定理；

(4)隧道排水是通过衬砌均匀渗水实现的。

进一步地：所述模拟所采用的渗流分析的流动方程为：

式中，q_i是指定的流矢量，p是孔隙压力，k是孔隙介质的绝对动态系数张量，也即FLAC3D中的渗透性张量；是相对动态系数，它是流体饱和度s的函数；ρ_f是流体密度，ρ_f是重力矢量的3个分量；在FLAC3D中计算饱和/非饱和流时，空压被假定设置为恒等于零。

平衡方程：

其中，流体平衡表述如下：