多层缓倾岩土体深埋隧洞潜水高外水压力估算方法及系统

技术领域

本发明属于水文地质分析领域，尤其涉及一种多层缓倾岩土体深埋隧洞潜水高外水压力估算方法及系统。

背景技术

目前，深埋隧洞因水头高存在高外水压力，对隧洞围岩变形稳定与衬砌结构存在影响，前期勘察阶段如何快速判断深埋隧洞是否存在高外水压力，是深埋隧洞工程勘察中亟待解决的重要问题之一。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

传统方法适用于估算单层岩土体外水压力，而不适用于估算多层岩土体外水压力；对深埋隧洞所在潜水位以下地下水头高而存在多层岩土体时，采用传统方法以深埋隧洞所在岩土层外水压力折减系数估算外水压力，而忽略了其它岩土层外水压力折减系数，是不合适的。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种多层缓倾岩土体深埋隧洞潜水高外水压力估算方法及系统。

本发明是这样实现的，一种多层缓倾岩土体深埋隧洞潜水高外水压力估算方法，所述多层缓倾岩土体深埋隧洞潜水高外水压力估算方法包括：

步骤一，获取深埋隧洞潜水地下水位、缓倾岩土体分层、各层岩土体渗透系数；

步骤二，获取单层岩土体渗透系数对应的外水压力折减系数；

步骤三，计算多层岩土体综合外水压力折减系数；

步骤四，计算外水压力，从而判定是否存在高外水压力。

进一步，所述步骤一的具体过程为：

通过钻孔获取潜水地下水位、缓倾岩土体分层，通过钻孔内水文地质试验(压水试验、注水试验或抽水试验)获取各层岩土体渗透系数。

进一步，所述单层岩土体渗透系数与外水压力折减系数的对应关系如表1所示：

表1渗透系数与外水压力折减系数对应表

进一步，所述步骤三中多层岩土体垂直渗流下的综合外水压力折减系数计算，与多层岩土体垂直渗流下的等效渗透系数计算机理相同，可得：

综合外水压力折减系数的表达为：

β＝∑H/(H

式中，β为综合外水压力折减系数，∑H为地下水位以下岩土体总厚度，H

进一步，所述步骤四中外水压力的表达为：

P＝βHγ

式中，P为外水压力，β为综合外水压力折减系数，H为地下水位以下岩土体总厚度，γ

进一步，所述步骤四中高外水压力的判定过程为：

外水压力P≥1MPa，存在高外水压力；外水压力P＜1MPa，不存在高外水压力。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述多层缓倾岩土体深埋隧洞潜水高外水压力估方法的多层缓倾岩土体深埋隧洞潜水高外水压力估算系统，所述多层缓倾岩土体深埋隧洞潜水高外水压力估算系统包括：

参数模块，用于获取深埋隧洞潜水地下水位、缓倾岩土体分层、各层岩土体渗透系数以及单层岩土体渗透系数对应的外水压力折减系数；

处理模块，用于计算多层岩土体综合外水压力折减系数以及外水压力；

判定模块，用于判定是否存在高外水压力。

本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述多层缓倾岩土体深埋隧洞潜水高外水压力估算方法的步骤。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述多层缓倾岩土体深埋隧洞潜水高外水压力估算方法的步骤。

本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述多层缓倾岩土体深埋隧洞潜水高外水压力估算系统。

结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

本发明提供的深埋隧洞潜水高外水压力估算方法充分考虑到其他岩土层外水压力折减系数，能够在前期勘察阶段估算隧洞是否存在高外水压力，有效解决传统方法中无法估算多层岩土体外水压力的问题，为隧洞支护与衬砌设计提供依据。

对于多层岩土体深埋隧洞，传统方法仅考虑了隧洞所在岩土体含水层对外水压力的折减，而忽略了隧洞以上各层岩土体含水层在垂直渗流作用下对外水压力的折减；本技术方法充分考虑了所有岩土体含水层在垂直渗流作用下对外水压力的折减，提供了一种多层缓倾岩土体深埋隧洞潜水高外水压力估算方法，对外水压力的计算更合理全面，从而能在前期勘察阶段快速合理判定深埋隧洞是否存在高外水压力，。

作为本发明的权利要求的创造性辅助证据，还体现在以下几个重要方面：

(1)本发明的技术方案填补了国内外业内技术空白：对于多层岩土体深埋隧洞高外水压力的估算，本技术方法对各层岩土体含水层在垂直渗流作用下对外水压力的折减考虑更全面，在前期勘察阶段对高外水压力的判定更合理，对隧洞围岩变形稳定分析与支护衬砌结构设计提供支撑。

(2)本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：合理的深埋隧洞高外水压力计算与判定，使支护衬砌结构设计更合理，优化工程投资。

附图说明

图1是本发明实施例提供的多层缓倾岩土体深埋隧洞潜水高外水压力估算方法流程图；

图2是本发明实施例提供的多层岩土体深埋隧洞水文地质概化图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。

如图1所示，本发明实施例提供的所述多层缓倾岩土体深埋隧洞潜水高外水压力估算方法包括：

S101，获取深埋隧洞潜水地下水位、缓倾岩土体分层、各层岩土体渗透系数；

S102，获取单层岩土体渗透系数对应的外水压力折减系数；

S103，计算多层岩土体综合外水压力折减系数；

S104，计算外水压力以及判定是否存在高外水压力。

进一步，所述S101的具体过程为：

通过钻孔获取潜水地下水位、缓倾岩土体分层，通过钻孔内水文地质试验获取各层岩土体渗透系数。

进一步，所述单层岩土体渗透系数与外水压力折减系数的对应关系如表1所示。

进一步，所述S103中多层岩土体垂直渗流下的综合外水压力折减系数计算，与多层岩土体垂直渗流下的等效渗透系数计算机理相同，可得：

综合外水压力折减系数的表达为：

β＝∑H/(H

式中，β为综合外水压力折减系数，∑H为地下水位以下岩土体总厚度，H

多层岩土体深埋隧洞水文地质概化图如图2所示，图中，K为渗透系数，β为外水压力折减系数，H为岩土体地下水静水头，P为外水压力。

进一步，所述S104中外水压力的表达为：

P＝βHγ

式中，P为外水压力，β为综合外水压力折减系数，H为地下水位以下岩土体总厚度，γ

进一步，所述S104中高外水压力的判定过程为：

外水压力P≥1MPa，存在高外水压力；外水压力P＜1MPa，不存在高外水压力。

本发明还提供了一种多层缓倾岩土体深埋隧洞潜水高外水压力估算系统包括：

参数模块，用于获取深埋隧洞潜水地下水位、缓倾岩土体分层、各层岩土体渗透系数以及单层岩土体渗透系数对应的外水压力折减系数；

处理模块，用于计算多层岩土体综合外水压力折减系数以及外水压力；

判定模块，用于判定是否存在高外水压力。

为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。

本发明提供的实施例为：

某深埋隧洞，通过钻孔与水文地质测试，岩土层缓倾角，地下水为潜水，地下水位至隧洞之间厚度600m，分为四层岩土体：第一层，K

具体分析如下：

第一步：单层岩土体渗透系数对应外水压力折减系数。第一层，K

第二步：计算多层岩土体综合外水压力折减系数。综合外水压力折减系数β＝∑H/(H

第三步：计算外水压力，判定是否存在高外水压力。外水压力P＝βHγ

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

本发明实施例在研发或者使用过程中取得了一些积极效果，和现有技术相比的确具备很大的优势，下面内容结合试验过程的数据、图表等进行描述。

该实施例为滇中引水工程地质勘察过程中一段深埋隧洞的高外水压力的判别，高外水压力判别合理，深埋隧洞高外水压力在变形稳定分析与支护衬砌结构设计中取得了良好的效果。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。