富水砂层影响下隧道围岩变形破坏机制的数值模拟研究

发布时间：2021-06-10 01:08

　　为研究富水砂层影响下隧道围岩的变形破坏机制,文章以某城市地铁M2号线某区间隧道为研究背景,考虑了流砂层厚度、隔水层厚度、地下水位、隔水层粘聚力和内摩擦角五大类因素影响,设计了25种对比方案,开展了数值模拟对比研究,得到了不同因素对围岩变形破坏机制的影响规律及各因素影响敏感程度,给出了相应工程建议措施。结果表明:对于上覆富水砂层隧道,拱顶是围岩变形破坏的关键部位;随隔水层厚度、粘聚力及内摩擦角增大,顶部围岩变形量及塑性区面积不断减小,而随流砂层厚度增大或地下水位上升,顶部围岩变形量及塑性区面积则不断增大;隔水层厚度及粘聚力是影响此类地层条件隧道围岩变形破坏的显著性因素,一方面在隧道线路设计中应保证拱顶留设足够的隔水层安全厚度,另一方面可通过对隔水层进行注浆加固的方式,提高此类地层条件隧道围岩的稳定性。 

【文章来源】：现代隧道技术. 2020,57(04)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

地铁隧道施工引起路面塌陷

根据现场勘察报告及工程实际，选取该区间隧道某典型断面进行数值模拟研究，构造出相应数值计算模型，如图2所示。模型地层自上而下依次为素填土、流砂层、粘土层及风化花岗岩。其中，隧道开挖直径为r、埋深为h、流砂层厚度为t，拱顶至流砂层底部之间的隔水层厚度为d，地下水位为hw。在模拟过程中，模型前后及左右两侧采用水平位移约束，底部采用水平及竖向位移约束。待模型初始地应力平衡后，进行隧道开挖。模型中地下水采用各向同性渗流模型进行计算模拟，并考虑土体颗粒的不可压缩特性。在隧道开挖过程中，由于不考虑衬砌支护，故将隧道开挖边界设置为透水边界，以模拟隧道周边围岩的渗流破坏特征。模型中各地层材料采用Mohr-Coulomb本构模型进行模拟，具体物理力学参数如表1所示。

(1）由图4中的各塑性区云图可以看出，受上覆流砂层影响，不同计算方案对应的塑性区均呈现出上、下分区的破坏特征，即：在隧道开挖后，流砂层内部进入塑性破坏状态，同时，隧道周边围岩也会产生一定范围的塑性区。当隔水层厚度大于等于6 m或隔水层粘聚力超过180 k Pa时，上下分区的塑性区不会产生贯通，隧道顶部围岩安全；而在其它条件下，塑性区均会产生贯通，隧道顶部则会产生透水涌砂现象。由此可见，适当增加隔水层的厚度或提高隔水层粘聚力对维持隧道围岩稳定性具有重要作用。图4 塑性区分布计算结果


本文编号：3221703