[发明专利]一种隧道穿越富水断层综合考虑其倾角及走向的防突水最小安全厚度计算方法

权利要求书

1.一种隧道穿越富水断层综合考虑其倾角及走向的防突水最小安全厚度计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1，搭建断层薄层单元模型；

富水断层满足太沙基理论中所描述的具有一定内聚力的散体的条件，因此基于太沙基土压力的求解思路，搭建断层薄层单元模型，即在综合考虑倾角及走向的富水断层破碎带中切取出厚度极小的薄层单元作为分析对象；

步骤2，针对断层薄层单元模型，推导断层邻近隧道处的侧向地应力；

对断层薄层单元进行受力分析，得到微分平衡关系式，通过积分并代入边界条件，得到断层邻近隧道处的侧向地应力；

步骤3，得到断层邻近隧道处水压力；

采用水土分算原则，将水容重与地下水位到隧道掌子面中心点的高程差的乘积作为断层邻近隧道处的水压力；

步骤4，搭建隔水岩体力学模型；

隔水岩体是指隧道掌子面与断层破碎带之间的岩体，防突水最小安全厚度即为隔水岩体的最小安全厚度；基于岩墙模型，搭建隔水岩体力学模型，因断层存在倾角和走向，故隔水岩体力学模型不是规则的长方体；

步骤5，针对隔水岩体力学模型，推导隔水岩体最短边距离；

对隔水岩体力学模型进行受力分析，得到力学平衡关系式，经过整理，得到隔水岩体最短边距离；

步骤6，得到防突水最小安全厚度；

认为防突水最小安全厚度为隔水岩体左侧隧道掌子面中心点与右侧断层接触面中心点之间的距离，由隔水岩体最短边距离，再加上受断层倾角走向变化的岩体长度，最终得到隔水岩体的防突水最小安全厚度。

2.根据权利要求1所述的一种隧道穿越富水断层综合考虑其倾角及走向的防突水最小安全厚度计算方法，其特征在于：得到断层邻近隧道处的侧向地应力的步骤如下：

步骤2.1，对断层薄层单元进行受力分析，水平方向受到断层处本身的侧向地应力，竖直方向受到断层处本身的垂直地应力、断层与正常围岩接触面处的摩擦力以及断层自重；

步骤2.2，根据断层薄层单元的受力平衡，得到关于断层邻近隧道处侧向地应力的微分平衡关系式；

步骤2.3，将微分平衡关系式进行积分并代入边界条件；

步骤2.4，经过计算及化简，得到断层邻近隧道处的侧向地应力。

3.根据权利要求1所述的一种隧道穿越富水断层综合考虑其倾角及走向的防突水最小安全厚度计算方法，其特征在于：得到隔水岩体最短边距离的步骤如下：

步骤5.1，对隔水岩体力学模型进行受力分析，水平方向受到断层邻近隧道处的侧向地应力和水压力、断层自重应力及正常围岩处的剪切应力，竖直方向受到正常围岩处的正应力；

步骤5.2，令断层邻近隧道处的地应力、水压力及断层自重应力的水平分量与隔水岩体的水平切应力相等，得到力学平衡关系式；

步骤5.3，经过计算及化简，得到隔水岩体最短边距离。