抗弯强度，[τ ]为岩体许用抗剪强度。
[0113] 值得一提的是，已有研究表明，按抗弯计算时岩盘厚度随着水压力的增长呈两个 阶段，第一个阶段是当水压力在〇~〇. 5MPa之间时，岩盘厚度会急剧增加，当水压力在 0. 5MPa以后，岩盘厚度随着水压基本继续增加时，且基本呈直线状增长，增长斜率分别为 0. 70、1. 04、1. 39。
[0114] 按抗剪强度计算公式得出的岩盘厚度与水压力之间的关系，随着岩盘长度的增 加，岩盘厚度和水压力按一定斜率增长，且增长的斜率I. 89、2. 92、4. 01分别对应的岩盘长 度为 3. 75m、5. 62m、7. 49m。
[0115] 此外，当张性断层中岩盘厚度厚长度为隧道直径的一半时，按抗弯强度以及抗剪 强度计算得出的安全厚度值与压性断层中计算出的结果一致。
[0116] 图5所示为溶腔分布于隧道底部时的结构示意图，下面分析压性断层存在于完整 岩岩盘中的理论计算。
[0117] 当溶腔分布于隧道下方时，隧道下方的岩盘厚度受到两种荷载作用，分别是沿岩 盘分布的岩层自重应力以及方向向上的溶腔水压力（包含充填物压力）如图3-14所示。当 岩盘厚度中存在压性断层时，由于岩盘厚度所受水平主应力较大，断层带几乎呈完全封闭 状态，此时将岩盘简化为两端固定梁受均布荷载情况。
[0118] 具体的参见图6,图6所示为溶腔分布于隧道底部时压性断层突水力学模型。
[0119] 压性断层存在于岩盘厚度中时，对应的结构力学受力模型的最大剪力和弯矩分别 为：
[0120] 最大剪力：
[0121] (3-10)
[0122]
[0123] (3-Π )
[0124] 按抗弯强度公另
进行验算并修正可得：
[0125] (3-12)
[0126] 按抗剪强度
进行验算并修正可可得：
[0127] y (3-13)
[0128] 其中，q为溶腔水压力，γ为岩盘岩层重度，S为梁的厚度，即岩盘厚度，L为隧道 水平跨度，[σ ]为岩体许用抗弯强度，[τ ]为岩体许用抗剪强度。
[0129] 值得一提的是，已有研究表明，当溶腔分布于隧道下方时按抗弯及抗剪计算公式 得出的安全厚度值也是随着水压力的增加而不断增加，当溶腔水压力在〇~2. 2MPa之间 时，按抗弯强度得出的安全厚度值比按抗剪强度得出的安全厚度值更大，因此为了安全起 见，水压力在O~2. 2MPa时，岩盘厚度应该以岩体许用抗弯强度推导得出的结果为准，参考 式（3-12);当水压力大于2. 2MPa后，应该按岩体许用抗剪强度推导出来的公式（3-13)进 行岩盘安全厚度的计算。另外抗抗剪强度计算的安全厚度值与水压力大小呈正比关系，增 长斜率值为3. 47。
[0130] 下面分析张性断层存在于非完整岩岩盘厚度中的理论计算，针对这一类型的突 水，将断层突水结构力学模型简化为一端固定，一端自由的梁进行验算，根据结构力学原 理。
[0131] 具体的参见图7,图7所示为溶腔分布于隧道底部时张性断层突水力学模型。
[0132] 该梁受到的最大剪力及弯矩分别为：
[0133] 最大剪力：
[0134] Q = (CryS)L1 (3-14)
[0135] 最大弯矩：
[0136] (3-b)
[0137] 按抗弯强度公式
进行验算并修正可得：
[0138] (3-Γ6)
[0139] 按抗剪强度
进行验算并修正可可得：
[0140] z Λ (3-17):
[0141] 其中，q为溶腔水压力，γ为岩盘岩层重度，S为梁的厚度，即岩盘厚度，Ll为隧道 水平跨度，[σ ]为岩体许用抗弯强度，[τ ]为岩体许用抗剪强度。
[0142] 值得一提的是，已有研究表明，当溶腔分布于隧道下方时，根据张性断层存在于岩 盘厚度中的相关结构力学公式（3-16)、（3-17)可以得出随着岩盘长度的变化，岩盘厚度随 之呈正比例关系，按抗弯及抗剪计算的结果得出的增长率分别为I. 20、1. 07,对比可知按抗 弯强度得出的安全厚度值更加可靠。
[0143] 图8所示为溶腔分布于隧道侧部时的结构示意图，下面分析压性断层存在于完整 岩岩盘中的理论计算。
[0144] 当溶腔分布于隧道侧部时，隧道与溶腔之间的岩盘厚度主要受到溶腔内水压力以 及溶腔充填物压力作用。
[0145] 具体的，参见图9,图9所示为溶腔分布于隧道侧部时压性断层突水力学模型。
[0146] 当岩盘厚度中存在压性断层时，可以假设岩盘厚度跟完整岩层一致，将岩盘厚度 简化为两端固定梁受均布荷载情况，当溶腔分布于隧道的侧面时，溶腔主要受到溶腔内水 压力以及溶腔充填物压力作用，压性断层结构力学模型可算出模型的剪力和弯矩，分别 为：
[0147] 最大剪力：
[0148]
(3-18^
[0149] 最大弯矩：
[0150] 厂 (3-19)
[0151] 按抗弯强度公式
进行验算并修正可得：
[0152] (3-20)
[0153] 按抗剪强度
进行验算并修正可可得：
[0154] r (3-21)
[0155] 其中，p为溶腔内与隧道拱顶等高处水压力，q为溶腔内充填物沿竖直方向压力， hi为隧道顶底部高度，P为溶腔内充填物密度，[σ ]为岩体许用抗弯强度，[τ ]为岩体许 用抗剪强度。
[0156] 值得一提的是，已有研究表明，当溶腔分布于侧面时，完整的岩盘厚度（或是压性 断层存在于岩盘厚度中时）受到侧向的水压力以及溶腔充填物的作用时，按抗弯强度计算 得出的安全厚度值随水压力的增加并没有明显的变大；而按抗剪强度计算得出的安全厚度 值随着水压力有明显的增长，且是随着水压力的变化呈正比例的增长，增长斜率为5. 35; 另外当溶腔水压力为零时，由于溶腔充填物作用或是由于岩层的自重原因，岩盘厚度并不 能为零，必须具有一定厚度。
[0157] 下面分析张性断层存在于非完整岩岩盘厚度中的理论计算。
[0158] 具体的，参见图10,图10,所示为溶腔分布于隧道底部时张性断层突水力学模型。
[0159] 张性断层的力学结构模型将岩盘厚度简化为上下受力不同的结构。
[0160] 对于图10中右部的上部结构，对其进行力学分析，将梯形荷载简化为三角形荷载 和矩形荷载。
[0161] 最大剪力：
[0162] (3-22)
[0163]
[0164] (3-23；)
[0165] 按抗弯强度公式
进行验算并修正可得： CN 105160079 A 仇叱卞> 11/13 页
[0166] (3-24)
[0167] 按抗剪强度
进行验算并修正可可得：
[0168] . 、 (3-25)
[0169] 对于图10中右部的下部结构，对其进行力学分析，将梯形荷载简化为三角形荷载 和矩形荷载。
[0170] 最大剪力：
[0171]
(3-26)[0172] 最大弯矩：
[0173] t 、(3-27)
[0174] 按抗弯强度公式
进行验算并修正可得：
[0175] (3-28)
[0176] 按抗剪强度
进行验算并修正可可得：
[0177] , Λ (3-29)
[0178] 其中，ρ为溶腔内与隧道拱顶等高处水压力，q为溶腔内充填物沿竖直方向压力，h 为隧道顶底部高度，P为溶腔内充填物密度，[σ]为岩体许用抗弯强度，[τ]为岩体许用 抗剪强度。
[0179] 值得一提的是，已有研究表明，按上下部分结构按抗弯及抗剪强度计算得出的岩 盘厚度值，下部分岩盘厚度所需的安全厚度值比上部分岩体的厚度稍大，说明下部分岩体 更容易发生破坏，施工过程中应多加注意。
[0180] 实施例1 :
[0181] 图11所示为宜万线爪观隧道与顶部隐伏溶洞位置关系示意图。
[0182] 具体的，宜万线五爪观隧道里程DK48+871~DK49+960位于一宽缓向斜的核部，地 表岩溶洼地、漏斗及消水洞发育，地下集中发育一溶洞，隧道穿越处溶腔宽30m左右，洞底 标高552. lm，隧道路肩标高540.