一种强降雨下富水断层破碎带隧道结构安全性评价方法与流程

本发明涉及隧道结构安全，特别是涉及一种强降雨下富水断层破碎带隧道结构安全性评价方法。

背景技术：

1、断层破碎带是隧道施工过程中常见的不良地质现象，其分布区段极易出现拱顶塌方、大变形、突水突泥等工程事故，给隧道施工带来巨大的经济损失与人员伤亡。如何准确合理的评估富水断层破碎带区域隧道结构的整体安全性，是保证隧道在富水断层破碎带区域施工与运维安全的关键技术难题之一。

2、未来隧道工程将更多，在隧道施工过程中不可避免的会遭遇断层破碎带。如何准确评价富水断层破碎带区域的隧道结构在施工或运维期间的整体安全性是隧道安全施工与健康运维的关键，也是施工与管理人员在方案编制与决策制订时的重要依据。

3、现有技术公开了获取活动断层位错曲线；建立穿越活动断层隧道结构内力计算模型；基于有限差分法及euler-bernoulli梁理论，计算隧道结构纵向变形uy；基于有限差分法及euler-bernoulli梁理论，计算隧道结构水平向变形ux、竖向变形uz；五、基于有限差分法及euler-bernoulli梁理论，计算隧道结构内力。现有技术还公开了依托宜万铁路齐岳山隧道，在断层段选取3个断面进行了水压力、围岩与初期支护间接触压力、初期支护内力、初期支护与二次衬砌间接触压力、二次衬砌内力等5个项目的长期监测，进而对隧道结构的长期安全进行分析。但上述两种方法对于有关富水断层破碎带区域的隧道结构整体安全性，主要研究主要集中在隧道结构受力方面，如果隧道结构的安全风险很高，根据上述方法忽略了隧道结构的安全风险，则认为此时隧道结构整体是安全可靠的，但实际上这个时候的隧道结构整体上不一定是安全的，只有当隧道结构的安全风险较低，承载能力较强时，才可以认为隧道结构整体是安全可靠的。由此可见，忽略富水断层破碎带下的隧道结构安全风险，对于全面评估隧道结构整体的安全性是片面的，是不合理的，是不科学的。

4、因此，亟需针对富水断层破碎带区域的隧道结构的环境特点与受力特征，建立科学全面的结构整体安全性评估技术，进而指导富水断层破碎带区域的隧道施工与运维。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供了一种强降雨下富水断层破碎带隧道结构安全性评价方法，旨在探究富水断层破碎带区域的隧道结构在施工与运维过程中的整体安全性，通过将隧道结构的安全风险评估与力学性能评价结合，对隧道结构整体的安全性作出全面、科学、合理的评价，进而为后续施工或运维措施制订提供理论依据。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种强降雨下富水断层破碎带隧道结构安全性评价方法，包括：

4、获取强降雨下富水断层破碎带隧道结构的多源数据，根据所述多源数据构建安全风险评价指标体系，将所述安全风险评价指标体系中的指标划分为定性数据和定量数据，分别对所述定性数据和定量数据进行评价，获取隧道结构的安全风险评价结果；

5、构建强降雨下富水断层破碎带隧道结构的力学模型，根据所述力学模型对隧道结构整体的变形受力特性进行分析，对分析结果进行评价，获取隧道结构的力学性能评价结果；

6、基于所述安全风险评价结果和所述力学性能评价结果结合，获取隧道结构安全性评价结果。

7、可选地，所述多源数据包括：地质条件、隧道结构参数以及监测数据；

8、所述地质条件包括：地形地貌、地表汇水面积、降雨规律、百年最大降雨量、岩层产状、围岩力学参数、断层三要素、断层规模、断层破碎带地下水头高度、断层破碎带内岩土力学参数；

9、所述隧道结构参数包括：净空断面尺寸、结构的厚度、结构材料的力学参数；

10、所述监测数据包括：隧道结构变形与受力和断层破碎带内水头高度。

11、可选地，分别对所述定性数据和定量数据进行评价包括：

12、对所述定性数据进行评价包括：通过专家调查表法结合专家工程经验与理论知识，并基于(0-1)分法作为评价标准对所述定性数据进行评价，获取评分结果，对所述评分结果进行融合，获取定性数据的安全风险评价结果；

13、对所述定量数据进行评价包括：对所述定量数据进行归一化处理，计算归一化后的定量数据的指标权重，获取定量数据的安全风险评价结果。

14、可选地，构建强降雨下富水断层破碎带隧道结构的力学模型包括：

15、根据所述隧道结构的水头高度与水重度确定水压力，通过隧道拱顶埋深与破碎岩土重度确定富水断层破碎带的破损岩土压力，基于隧道埋深与围岩重度确定隧道结构外侧的围岩压力，通过压力系数与竖向压力的乘积确定水平压力；

16、根据所确定的水压力、富水断层破碎带的破损岩土压力、隧道结构外侧的围岩压力和水平压力，构建所述力学模型。

17、可选地，根据所述力学模型对隧道结构整体的变形受力特性进行分析包括：

18、将所述力学模型离散为有限个单元体，构建单元体的受力平衡模型，基于单元体与单元体之间节点，构建节点位的变形协调模型；

19、通过所述受力平衡模型和所述变形协调模型求解每个单元体的变形受力特征，基于所述变形受力特征对隧道结构整体的变形受力特性进行分析，获取隧道结构整体的强度与变形量值。

20、可选地，获取隧道结构的力学性能评价结果包括：

21、将所述结构整体的强度与变形量值分别与极限强度和极限变形量相除，对相除后的结果进行归一化处理，获取隧道结构的力学性能评价结果。

22、可选地，基于所述安全风险评价结果和所述力学性能评价结合前包括：

23、设置力学性能评价阈值，判断隧道结构的力学性能评价结果是否小于所述力学性能评价阈值，当所述力学性能评价结果大于所述力学性能评价阈值时，则判定隧道结构整体安全性不满足条件，无需获取隧道结构的整体安全性评价结果，当所述力学性能评价结果小于所述力学性能评价阈值时，则设置安全风险评价阈值，判断隧道结构的安全风险评价结果是否小于安全风险评价阈值，当所述安全风险评价结果大于所述安全风险评价阈值，则判定隧道结构整体安全性不满足条件，无需获取隧道结构的整体安全性评价结果，当所述安全风险评价结果小于所述安全风险评价阈值，则对所述安全风险评价结果和所述力学性能评价进行结合，获取隧道结构的整体安全性评价结果。

24、可选地，获取所述隧道结构安全性评价结果的方法为：

25、

26、其中，q为隧道结构整体安全性评估值，α与β分别为安全风险与力学性能的权重，m与n分别为安全风险评估值与力学性能评价值。

27、本发明的有益效果为：

28、本发明利用多源数据对隧道结构的安全风险进行评估，采用力学模型对隧道结构的力学性能进行评价，然后将隧道结构的安全风险评估结论与力学性能评价结果进行整合或耦合或综合考虑，进而实现强降雨条件下富水断层破碎带区域隧道结构整体安全性的评估。

29、本发明在隧道结构安全风险评估过程中，同时考虑隧道地质环境、隧道结构以及监测数据三个方面的数据源，并综合考虑强降雨条件下富水断层破碎带区域隧道结构的安全风险评估结论与力学性能评价结果，进而使得隧道结构整体安全性评估结论更为全面、可靠。