[发明专利]水下隧道破碎围岩突水预测与渗流控制的方法

权利要求书

1.一种水下隧道破碎围岩突水预测与渗流控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：采用地球物理探测和超前水平地质钻探方法探查全强风化带、岩脉、断层破碎带、节理密集带的产状和规模，以及该场地主要节理的产状，进行超前地质钻孔压水试验，并提取岩土试样，进行室内物理力学试验、渗透试验；

步骤S2：基于步骤S1试验中的监测数据，采用层次分析灰色关联方法和非线性科学理论，建立围岩突水的层次分析灰色关联的突变预测模型，进行围岩突水预测；

步骤S3：根据步骤S1中超前水平地质钻探量测的出水量，采用正交反分析方法，建立水下隧道破碎围岩三维多孔连续介质流固耦合有限元模型，计算不同工况下的破碎围岩涌水量；

步骤S4：基于步骤S3获取的破碎围岩涌水量，对破碎围岩涌水量进行动态预测与渗流控制，基于破碎围岩涌水量预测和步骤S2的围岩突水预测进行突涌水失稳预警预报；

步骤S5：基于步骤S4的预警预报，采取破碎围岩高压突涌水险情综合防控措施。

2.根据权利要求1所述的一种水下隧道破碎围岩突水预测与渗流控制的方法，其特征在于，所述的地球物理探测方法包括爆破钻孔作业、地质雷达法、红外探测和TSP203探测法。

3.根据权利要求1所述的一种水下隧道破碎围岩突水预测与渗流控制的方法，其特征在于，所述的步骤S1具体为：

101：通过超前地质钻孔压水试验，获取水下隧道破碎围岩现场等效渗透系数；

102：利用超前水平地质钻探获取的岩芯进行岩土体的物理力学试验及渗透试验，获取围岩渗透系数、围岩等级和物理力学参数指标。

4.根据权利要求1所述的一种水下隧道破碎围岩突水预测与渗流控制的方法，其特征在于，所述的步骤S2具体为：

201：试验监测数据进行平滑处理、等间隔化处理，生成预报数据；

202：采用层次分析灰色关联方法，计算灰色关联度R_i：

(1)对于一个参考数列X₀和若干个比较数列X₁，X₂，…，X_n，ξ_i＝{ξ_i(k)|k＝1，2，...，n}，ξ_i(k)的计算公式为

ξi(k)=minimink|X0(k)-Xi(k)|+ηmaximaxk|X0(k)-Xi(k)||X0(k)-Xi(k)|+ηmaximaxk|X0(k)-Xi(k)|---(1)]]>

式中：η为分辨系数，0≤η≤1，为2个层次的最小差，第1层次最小差是指在绝对差|X₀(k)-X_i(k)|中按不同k值挑选其中最小者，第2层次最小差是在Δ₁(min)，Δ₂(min)，…，Δ_n(min)中挑选其中最小者，同理，定义2个层次的最大差maximaxk|X0(k)-Xi(k)|;]]>

(2)计算比较数列X_i对参考数列X₀的关联度r_i，公式如下：

ri=1nΣk=1nξi(k)---(2)]]>

(3)计算层次分析的灰色关联度R_i，公式如下：

Ri=Σk=1n[w(k)×ξi(k)]---(3)]]>

式中：w(k)为上述破碎岩体渗流影响因素层次分析计算得到的k因素的权重；

203：根据灰色关联度R_i选取最优破碎岩体渗流影响因素，构建突变预测模型，得到尖点突变理论标准形式的平衡方程为

z³+pz+q＝0    (4)

式中，p、q为控制量，z为渗流量，则分叉集方程为：

D＝4p³+27q²＝0    (5)

9(1-ζ)²一1＝0    (6)

式中，参数ζ与岩土体重量、系统的几何尺寸、介质的力学参数和渗流参数有关，所得公式(6)为破碎围岩水下隧道突水失稳的充要条件判据，根据控制量p、q的变化，进行围岩突水预测。