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研究亮点
● 新型计算模型：结合围岩渗透性的空间离散性，建立了新的平面一维垂直截面渗流计算模型，综合考虑了地应力和断层结构的耦合作用，提高了涌水量和结构水头的预测精度。
● 解析推导与验证：推导出隧道涌水量和结构外水压力的计算公式，并通过泰勒公式和级数展开定理进行验证。正在进行的施工项目的现场数据证实，考虑渗透性异质性可将水流入计算误差从 23.1% 减少到 7.5%，结构水头计算误差从 43.8% 减少到 30%。
● 渗透性在隧道设计中的重要性：研究强调了准确的渗透性建模对于隧道有效防水和排水设计的重要性。特别是在富水地区，设计不当会导致地下水持续流入，破坏地表环境和隧道稳定性。
● 断层带的影响：断层带引入了水平渗透性异质性，显著影响隧道稳定性和突水风险。研究表明，应将由断层结构引起的渗透性变化视为空间离散类型，以提高预测模型的准确性。
● 实际应用：本研究的模型和公式为准确计算隧道水流入量和结构水头提供了实用框架，可直接应用于改进隧道设计和施工实践。研究结果为处理复杂地质环境下的隧道的工程师提供了宝贵的参考，促进了更安全、更高效的隧道工程。
结果：通过详细的理论推导和实地验证，提出了一种新的渗流计算模型，并对其有效性进行了验证。
新模型的有效性（Effectiveness of the New Model）：本文构建的平面一维渗流计算模型，考虑了地应力和断层结构的耦合作用，将围岩渗透性视为空间离散类型。这一创新性的方法显著提高了隧道水流量和结构水压的预测精度。实验证明，当考虑渗透性的空间异质性时，水流量计算误差从23.1%减少到7.5%，结构水头计算误差从43.8%减少到30%。
渗透性异质性的关键作用（Key Role of Permeability Heterogeneity）：研究表明，围岩渗透性的异质性在隧道突水预测中起着至关重要的作用。传统方法将渗透性视为固定值，容易导致预测误差，而新模型通过考虑渗透性的空间离散特性，大大提高了预测的准确性。
实际应用与验证（Practical Application and Validation）：通过正在进行的施工项目，本文验证了新模型的实际应用价值。研究结果显示，新模型不仅在理论上具有严谨性，更在实际工程中表现出较高的可靠性和有效性。这为隧道设计和施工提供了科学依据，能够有效减少突水风险，提高工程安全性。
对未来研究的启示（Implications for Future Research）：本文提出的方法和模型为隧道突水预测提供了新的思路和工具，但在不同地质条件下的适用性仍需进一步研究。未来的研究可以结合更多的地质参数和更复杂的地质结构，以进一步完善和优化预测模型。
图. 渗透率的空间分布。
要点问答
原文请查阅 Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology。
原文链接：https://doi.org/10.1144/qjegh2023-151
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