[发明专利]一种公路隧道穿越岩溶地层时灾害特征的预测方法

权利要求书

1.一种公路隧道穿越岩溶地层时灾害特征的预测方法，其特征在于，包括如下内容：

信息获取步骤：获取目标公路隧道的地质信息和施工特征信息；

模型构建步骤：根据地质信息和施工特征信息，构建岩溶地层条件下目标公路隧道施工的数学模型和物理模型；其中数学模型，用于反应岩溶地层的地应力作用和水体流动特征，包括：由隧道围岩变形控制数学模型和岩溶腔体涌水特征数学模型耦合获取的岩溶地层变形-涌水耦合数学模型，其中岩溶腔体涌水特征数学模型，用于表征岩溶腔体涌水过程，且根据岩溶腔体涌水过程的阶段不同进行不同的设置；物理模型，用于模拟目标公路隧道穿越岩溶地层；

预测步骤：根据数学模型和物理模型，进行岩溶地层条件下目标公路隧道施工的仿真模拟，获取结构稳定性和涌水灾信息。

2.根据权利要求1所述的公路隧道穿越岩溶地层时灾害特征的预测方法，其特征在于，所述地质信息，包括：地层岩性信息、围岩力学性质信息、岩溶腔体的产状信息、孔隙水压力信息和水体含量信息；

所述施工特征信息，包括：设计施工参数信息，包括：设计平面图信息、设计断面图信息、隧道施工工法信息、衬砌方式信息和衬砌材料信息。

3.根据权利要求2所述的公路隧道穿越岩溶地层时灾害特征的预测方法，其特征在于，所述模型构建步骤，包括：

数学模型构建子步骤：根据地质信息和施工特征信息，构建岩溶地层条件下目标公路隧道施工的隧道围岩变形控制数学模型和岩溶腔体涌水特征数学模型；

耦合隧道围岩变形控制数学模型和岩溶腔体涌水特征数学模型，获取岩溶地层变形-涌水耦合数学模型；

物理模型构建子步骤：根据地质信息和施工特征信息，构建岩溶地层条件下目标公路隧道施工的物理模型。

4.根据权利要求3所述的公路隧道穿越岩溶地层时灾害特征的预测方法，其特征在于，所述隧道围岩变形控制数学模型为：

其中A为材料常数，为内摩擦角；

为平均应力或静水平压力，σ_i为主应力，i为任意参数；

{S}为偏压应力；

[M]为Mises屈服准则(米赛斯屈服准则)中的[M]；

C为粘聚力。

5.根据权利要求4所述的公路隧道穿越岩溶地层时灾害特征的预测方法，其特征在于，所述岩溶腔体涌水特征数学模型根据岩溶腔体涌水过程的阶段不同进行不同的设置，包括：

第一阶段：

其中k为渗透率；p为流体压力；ρ为流体密度；Q_m为源；u为达西速度；μ为动态粘度；

第二阶段：

其中β为非达西因子；n为孔隙度；F为体积力；I为单位矩阵；β为非达西因子，

第三阶段：

6.根据权利要求3所述的公路隧道穿越岩溶地层时灾害特征的预测方法，其特征在于，所述物理模型构建子步骤，包括：

建立岩溶地层条件下目标公路隧道施工的物理模型，其中根据地质信息和施工特征信息设置物理模型的边界条件和初始水压、岩层渗透率、水体物理参数和岩层物理参数的初始条件。

7.根据权利要求6所述的公路隧道穿越岩溶地层时灾害特征的预测方法，其特征在于，配置符合预设要求的求解器，并根据岩溶地层变形-涌水耦合数学模型和物理模型，对岩溶地层条件下目标公路隧道施工过程进行计算，获取结构稳定性和涌水灾害的特征信息。

8.根据权利要求7所述的公路隧道穿越岩溶地层时灾害特征的预测方法，其特征在于，所述结构稳定性和涌水灾害的特征信息，包括但不限于：目标公路隧道施工过程中的隧道围岩应力值、隧道拱顶下沉量、隧道拱腰收敛量、水体涌出量和水体分布。