本研究以引汉济渭二期工程复杂水文地质条件下突水突泥风险评估及灾变机理与灾害防控为主要研究目标，通过现场调研、理论分析、程序研发、数值模拟及室内试验等手段，结合隧址区地质情况，对可能出现的灾害类型进行了分段分析，遴选出10典型的致灾因子，建立了岩溶区浅埋穿河隧洞突涌水危险性评价体系，研发了隧洞（道）施工前期突涌水灾害危险性等级评价系统，基于属性数学理论，构建了适用于黄土隧洞（道）塌方风险评估的属性识别模型，对于危险性等级较高的洞段，利用PFC颗粒流程序建立了隧道断层带破碎岩体的数值模型，分析了灾变过程中总颗粒流失量、颗粒间接触关系、孔隙率及渗透系数等参数的时变规律，通过室内试验，揭示了断层破碎带灾变过程中的内部结构演化规律，最后，在考虑裂隙岩体倾斜角度的基础上，开展了动水条件下的注浆试验，推导了浆液在水流中的扩散方程。本研究取得的主要成果如下：

（1）引汉济渭二期隧洞开挖过程中存在的地质灾害主要以突涌水和塌方为主。突涌水可能出现在断层发育带、岩性接触带、富水带以及节理密集的区域和浅埋河谷地段，塌方可能出现在黄土塬区、断层带、软弱岩带以及裂隙密集带，另外，在围岩为花岗岩的洞段局部会产生岩爆问题。在开挖时应警惕边坡稳定，尽量避免穿越断裂，并采取排水措施。

（2）针对岩溶区浅埋穿河隧洞的孕灾环境，从工程地质、地质构造、水文地质及隧洞特征四个方面对突涌水进行分析，遴选了地层岩性、修正的岩层倾角、岩性接触带、断层带宽度、断层性质、裂隙发育程度、地表水流量、地表汇水面积、隧洞（道）埋深、施工干扰程度共10个典型致灾因子，建立了岩溶区浅埋穿河隧洞突涌水危险性评价体系。利用层次分析法建立判断矩阵，用最大特征值法确定各指标的权重值。利用属性识别模型对突涌水危险性等级进行综合评估，最后可根据评级结果预测涌水量范围，为岩溶区浅埋穿河隧洞（道）突涌水风险评估提供了一种有效的方法。

（3）基于VBA编程语言，研发了隧洞（道）施工前期突涌水灾害危险性等级评价系统，将浅埋穿河隧洞及深埋隧洞突涌水危险性评价模型加以程序实现，做成便于现场施工人员及科研人员使用的用户图像界面，主要包括风险测量、案例演示及用户手册三个模块，操作界面友好，使得两套评价体系的应用性大幅提高。通过与现场实际开挖情况的对比，验证了属性识别模型评价岩溶区浅埋穿河隧洞（道）突涌水危险性的可行性及合理性，应用本评价系统精准评估施工期各阶段的突涌水动态风险等级，大大提高了评估效率，可供类似工程计算使用。

（4）基于属性数学理论，选取围岩岩性、地形地貌、开挖跨度、埋深、地下水、降雨量、施工技术及管理水平8个导致黄土隧洞（道）发生塌方的主要影响因素作为风险评估的指标，采用定性、定量方法对指标进行描述，并进行分级，建立了适用于黄土隧洞（道）塌方风险评估的属性识别模型。

（5）通过PFC数值模拟发现：在围岩条件相同，施力点位置相同的情况下，初始孔隙水压力越大，涌水的发生过程越迅速，涌水量越大。涌水出现在隧洞顶部和侧壁处时，对隧洞结构稳定性影响较大。

（6）断层带破碎岩体突水突泥灾变过程中上部颗粒的启动早于下部颗粒。开始阶段主要损失的是上部细颗粒，待上部细颗粒流失后中下部颗粒相继涌出，从而发生突涌水现象。因此可以通过控制破碎岩体上部细颗粒的流失来防治突涌水；随着水力梯度的增长，颗粒流失量持续增加，整个质量流失过程可以划分为：缓慢渗流、突变渗流及稳定渗流；颗粒接触数量整体呈现为先缓慢减少，再急剧减少，最终基本保持稳定；试样孔隙率（渗透系数）的变化趋势与质量流失量相似，因此可以通过孔隙率（渗透系数）的变化来反应质量流失情况。

（7）通过分析不同初始细颗粒含量的玻璃珠-砂混合物的渗透破坏过程，发现细颗粒含量越少的混合物，内部中孔和大孔越发育，越容易发生内部侵蚀。当水力梯度不变时，内部侵蚀可分为发展阶段和平衡阶段；侵蚀过程中，孔隙膨胀和颗粒迁移是一个相互作用的过程。随着时间的增加，内部被侵蚀的混合物孔径迅速发展，从而导致颗粒迁移。同时，颗粒迁移驱动孔隙扩张和连通；T₂谱的变化幅度反映了细颗粒运动的剧烈程度；另外，核磁共振T₂谱分布与核磁成像允许对充填物样品内部结构进行定量和定性分析，为断层带充填介质渗透试验研究提供了一种新的无损检测方法，具有广阔的应用前景。

（8）通过动态水流条件下考虑裂隙倾角的注浆正交试验，将浆液扩散规律分为三类：类似圆形扩散至裂隙边界、类似椭圆形扩散至裂隙边界和类似椭圆形扩散至裂隙出口；基于宾汉流体浆液，结合静力学、理论力学和几何学等对流体微元进行受力分析，建立了动态水流条件下在倾斜光滑单裂隙内的宾汉浆液扩散模型。该模型考虑了裂隙倾斜角度、注浆压力、水流速度、裂隙开度等因素，并且在此基础上推导了浆液的扩散方程，最后与试验结果进行对比，验证了浆液扩散方程的正确性，可为突涌水注浆防治提供借鉴。