1、隨著國家基礎設施建設的蓬勃發(fā)展和“一帶一路”宏偉戰(zhàn)略實施，我國交通、水電建設正逐步走向世界。隧道修建規(guī)模和難度不斷增大，數量不斷增多，修建過程中突涌水災害頻發(fā)，涉及公路、鐵路、水電、跨流域調水以及礦山資源等諸多工程領域。隧道重大突涌水災害難以遏制的重要原因在于，突涌水是一種多尺度嵌套的多物理場融合作用的地質災害，目前尚未有效實現對突涌水動力災變前兆信息的獲取、辨識，在隧道突涌水預測方法和預警機制方面，缺乏科學的理論模型。
　　本文

2、以突涌水災害發(fā)生過程中的前兆多元信息為對象，依托保宜高速尚家灣隧道和重慶市快速路歇馬隧道，結合室內實驗、理論分析、設備研發(fā)、模型試驗、數據挖掘、軟件開發(fā)和現場應用等研究方法，研究了突涌水災害前兆多元信息演化模式、融合預測方法和遠程預警機制，獲得以下成果。
　　(1)通過對典型突涌水災害案例剖析，結合大量國內外突涌水實例，劃分了含水致災構造類型，依據造成災害發(fā)生的含水致災構造類型，將突涌水劃分成裂隙型、溶洞溶腔型、斷層型和管道及地下

3、暗河型?；谕挥克纬傻奈镔|條件、地質構造和水源條件特征，建立了突涌水孕災模式，將突涌水工程地質模式劃分為無補給靜儲量、弱補給靜-動儲量和強補給動儲量三種。通過分析國內10年內50多例隧道突涌水災害，根據隔水阻泥結構性質的不同，突涌水災害分成隔水巖體破壞突涌水和充填滲透失穩(wěn)突涌水。
　　(2)通過研究不同隔水阻泥結構破壞過程中伴隨產生的相關物理量，得到隔水阻泥結構失穩(wěn)前兆多元信息的發(fā)展規(guī)律，基于三維重整化群的破壞概率理論，實現了臨

4、界特征點的判識，通過改進Poynting-Thomson模型，建立了突涌水災害的彈塑脆性突變模型，詮釋了隔水巖體結構非穩(wěn)定破壞的突發(fā)性和延時性，建立了突涌水危險性監(jiān)測預警判別準則，為后續(xù)研究提供理論基礎。
　　(3)發(fā)明了全自動真三軸地質力學模擬試驗系統(tǒng)，可實現應力場三維效應的綜合試驗平臺，包含三維模型鋼結構框架系統(tǒng)、液壓穩(wěn)壓控制系統(tǒng)、水壓加載系統(tǒng)、開挖工具系統(tǒng)和數據監(jiān)測與采集系統(tǒng)，可以實現三維地質力學動靜態(tài)加載綜合模擬，可施加自

5、重應力場及構造應力場，能夠滿足深埋或高地應力條件下隧道開挖三維力學特性模擬試驗，實現由平面應變場到準三維應力場再到三維應力場的轉化，試驗模型體可自動進出，加載過程中穩(wěn)壓系統(tǒng)智能補償壓力損耗，滿足試驗的高精度需求，研制了全新的水壓加載裝置，提供持續(xù)穩(wěn)定的有壓水源，同時研發(fā)了配套的試驗輔助裝置，實現突涌水前兆多元信息實時監(jiān)測獲取。
　　(4)利用研制的全自動真三軸地質力學模擬試驗系統(tǒng)，采用第三代相似材料CBCS進行隔水巖體破壞突涌水模

6、型試驗，真實模擬了在開挖擾動和水壓聯合作用下隔水巖體破壞突涌水發(fā)生全過程，監(jiān)測得到位移、滲壓和應力等前兆信息的演化規(guī)律，揭示了隔水巖體失穩(wěn)過程的災變機理，通過融合突涌水前兆多元信息，得到隔水巖體失穩(wěn)突涌水前兆多元信息的敏感性排序為:應力信息＞位移信息＞滲壓信息。
　　(5)利用研制的充填介質滲透破壞突涌水物理模擬試驗系統(tǒng)，開展?jié)B透破壞突涌水模擬試驗，獲取其前兆信息演化規(guī)律，得到了充填滲透失穩(wěn)突涌水前兆信息的敏感性排序為:位移信息＞

7、滲壓信息＞應力信息。同時依據突涌水規(guī)模的演化特點，將充填介質滲透失穩(wěn)突涌水分為滲流階段、突變階段和紊流階段，水質由渾濁變清是滲流突變的拐點，也是充填滲透失穩(wěn)突涌水災害發(fā)生的重要前兆信息。
　　(6)基于隧道突涌水前兆多元信息演化規(guī)律，形成兩類突涌水災害前兆信息演化模式。運用多元統(tǒng)計分析中的主成分分析及因子分析方法建立隧道多類型突涌水模式匹配模型，通過改進D-S證據融合理論建立了隧道突涌水前兆多元信息融合分析方法。采用日志審計的方法

8、對△T時間段內的突涌水態(tài)勢進行量化計算，引進改進的D-S融合理論進行融合分析，結合實時監(jiān)測數據對分析結果進行修正，引入GM(1，1)、ARMA和Holt-Witers等模型對突涌水態(tài)勢進行預測，為突涌水災害準確預警建立基礎。
　　(7)開發(fā)了隧道突涌水融合預警軟件，引入地質前兆信息、預報前兆信息和施工監(jiān)測信息等施工過程前兆分析，預判含水致災構造的空間位置與含水量大小，建立了基于勘察、預報、施工為基礎的預警理論，為監(jiān)測布點和有效主動