泥化弱渗透介质抗剪强度对两高条件响应特征

特殊泥化地层(泥化夹层,断层泥)渗透性差，为弱渗透介质，常看作相对隔水介质。但有的深埋长隧道穿越这种泥化地层，且处于高地应力与高水压(简称两高)条件，施工过程涌水突泥。因多种情形可致涌水突泥，本项目讨论上述泥化地层弱渗透介质且处于两高条件下的情形。因泥化地层力学性能也差，远低于周围岩石，故它为强度研究关键部位。又因隧道施工导致地应力与水压变化，两高条件下的泥化地层一旦破坏，水甚至泥砂涌入隧道，影响甚大。故以两高条件下泥化地层弱渗透介质为研究对象，从地应力和水压条件变化、及泥化地层渗透性变化的角度，研究泥化地层弱渗透介质的抗剪强度对地应力与水压条件变化的响应特征，并分析地应力变化与水压变化对抗剪强度影响的差别、及泥化地层弱渗透介质渗透性变化对抗剪强度的影响, 揭示两高条件下泥化地层弱渗透介质抗剪强度的响应特征与规律，为深埋长隧道施工过程涌水突泥防治提供理论依据，有重要理论意义和应用价值。

特殊泥化地层渗透性差，为弱渗透介质，通常看作相对隔水介质。然而它涉及复杂岩土渗流与岩土体稳定性等问题。在高山峡谷地区进行大型水利水电工程和铁路公路工程等建设，会涉及深埋特长隧道，有的深埋长隧道穿越这种泥化地层，且处于高地应力与高水压条件(以下简称“两高条件”)，施工过程中涌水突泥。因多种情形可致涌水突泥，本项目讨论上述泥化地层弱渗透介质且处于两高条件下的情形。因泥化地层力学性能也差，远低于周围岩石，故它为强度研究的关键部位。又因隧道施工导致地应力与水压变化，两高条件下的泥化地层一旦破坏，地下水甚至泥砂涌入隧道，对隧道施工影响很大，会破坏已施工地段，损毁施工设备，造成人员伤亡。本项目以两高条件下泥化地层弱渗透介质为研究对象，从地应力和水压条件变化及泥化地层渗透性变化的角度，研究了泥化地层弱渗透介质的抗剪强度对地应力与水压条件变化的响应特征，并分析了地应力变化与水压变化对抗剪强度影响的差别及泥化地层弱渗透介质渗透性变化对抗剪强度的影响, 揭示了两高条件下泥化地层弱渗透介质抗剪强度的响应特征与规律，研制了一种高地应力与高渗透压下岩石破坏模式测试系统，申请了一项发明专利，为高地应力与高渗透压条件下的科学研究提供了实验手段和技术方法。典型深埋长隧道隧址区地应力最高值达7.0E+7Pa，水压最高值达1.0E+7Pa。典型泥化地层弱渗透介质渗透率可在1E-18平方米至1E-14平方米数量级范围变化。提出了非线性渗流运动定律，区别于传统的岩土力学采用的线性渗流情形，首先提出了泥化弱渗透介质流动孔隙度与流动渗透率及流动渗透系数的新概念与计算方法，能更准确地刻画弱渗透介质渗流物理力学参数的变化特征。发现了两高条件下弱渗透介质的破坏规律，提出了相应条件下的破坏模式。揭示了在两高条件下深埋长隧道施工过程涌水机理，典型深埋长隧道存在水力劈裂型涌水、直接型涌水、冲溃型涌水等机制。探索了典型深埋长隧道涌水定量分析方法，提出了准确预测深埋长隧道典型地段涌水量的计算方法。本项目研究成果为深埋长隧道施工过程中涌水突泥防治提供理论依据，具有重要的理论意义和工程应用价值。