随着国家“一带一路”战略的逐步实施,开辟跨境多式联运的交通工程陆续提上建设议程,这使得隧道的建设规模在不断扩大,隧址区的地质条件也日趋复杂,由充填型断层导致的深埋隧道突水灾害屡有发生。因此,研究不同类型断层构造的突水灾变演化特征,包括不同断层宽度、不同断层厚度、不同断层交错角度及不同断层交错距离,对揭示地下工程突水机理及防治具有十分重要的意义。以含充填型断层的深埋隧道为研究对象,采用物理模拟试验和数值模拟试验相结合的方法,重点针对高地应力、高水压环境下的隧道工程,开展多参量响应的试验研究,分析断层致灾构造的位置、规模等因素对隧道突水演化特征的影响,取得了一定的研究成果。(1)基于相似模型试验方法,研制了充填型断层深埋隧道突水二维可视化试验系统(内部尺寸为0.3m×1.0m×1.0m),包括完备的加载系统、精确的数据采集系统,以及配套的辅助装置,并配制了可以满足试验要求的流固耦合相似材料,为揭示含充填型断层深埋隧道突水演化特征提供了新的试验设备、试验材料及试验方法。(2)对不同断层工况下的模型进行了物理模拟试验和数值模拟试验,获得了各模型的孔隙水压力、水力梯度、最远扩散距离及最小防突安全厚度随加载水压力的变化特征。不同加载水压力下模型岩体内的孔隙水压力随距断层构造距离的增大而呈逐渐减小的趋势,且均服从对数函数的衰减规律,并由此推导了渗流最远扩散距离和最小防突安全厚度的理论公式,随加载水压力的增大,渗流最远扩散距离和最小防突安全厚度均呈逐渐增大的发展趋势。(3)对物理试验结果进行对比分析发现,与隧洞相对位置相同的测点,当加载水压力增加范围相同时,孔隙水压力和最远扩散距离的增长幅度与断层宽度、交错距离、交错角度均呈正相关关系。当加载水压力及临空面允许孔隙水压力大小均相同时,最小防突安全厚度与断层宽度和断层交错距离呈正相关关系,而与断层交错角度呈负相关关系。(4)在物理试验的基础上,采用数值模拟软件,扩展研究了断层厚度对深埋隧道防突岩体突水演化特征的影响。通过对比分析发现,与隧洞相对位置相同测点,当加载水压力在相同范围内增加时,孔隙水压力和最远扩散距离的增长幅度随断层厚度的增加而减小;当加载水压力及临空面允许孔隙水压力的大小均相同时,最小防突安全厚度随断层厚度的增加而增大。(5)在总结物理和数值模拟试验结果的基础上,系统分析了断层工况对防突岩体孔隙水压力、渗流规律、最远扩散距离及最小防突安全厚度的影响,从而揭示了不同断层宽度、不同断层交错距离、不同断层交错角度及不同断层厚度下深埋隧道的突水灾变演化机理。