库尉输水工程富水土质洞段的流固耦合分析

发布时间：2019-11-18 13:19

【摘要】：库尉输水隧洞前段位于库鲁克山北侧倾斜砾质平原区,地下水位埋深较浅(最浅处仅为1.4 m),且远高于设计洞顶,给设计和施工带来了巨大的困难和挑战。在深入分析水文地质条件的基础上,采用大型有限差分软件FLAC3D对3个典型断面进行了流固耦合分析。研究表明,地下水对隧洞受力及变形特性影响显著,耦合条件下低液限粉土洞段拱顶变形约为不考虑渗流影响时的5.6倍,且与实测值更为接近;不同围岩类型和水文地质条件下各洞段的变形差异较大,耦合条件下低液限粉土洞段的拱顶变形为90 mm、而粉土夹砂和粉细砂夹砾石洞段的变形分别为36 mm和26 mm;耦合条件下各典型断面支护结构受力均超过了素喷混凝土的设计抗拉强度(1.1 MPa),需尽快施做二次衬砌。以上研究成果可为本工程及类似工程的设计与施工提供参考。
【图文】：

?输水线路由引水闸(桩号0+077)始，由北向南横穿近东西走向的库鲁克低山区，，至库尔勒市工业开发区白鹭河首端北侧蓄水池(桩号13+700)止，全长13．7km，沿线地形地貌为博湖-塔什店断陷盆地、库鲁克山北麓倾斜砾质平原区、库鲁克构造侵蚀低山区、库鲁克山南麓倾斜砾质平原区。其中，输水隧洞长9．8km，隧洞进口段洞身(桩号0+750～4+085段，简称土质洞段)分布有第四系中更新统洪积物(Q2pl)，岩性为第四系含土碎石、含砾砂层及低液粉(粘)土层，含土碎石胶结差，钻孔岩芯呈散体状，地下水位均在设计洞顶10m以上(如图1)，受地下水影响，该段成洞条件极差。图1库尉隧洞土质洞段水文地质条件Fig．1HydrogeologicalconditionofKuyutunnel土质洞段设计断面形式为马蹄形，隧洞跨度4．10m，高跨比接近于1．0。采用上下台阶法进行开挖，台阶长度为0．8～2．0m。隧道初期支护参数:15cm厚C20喷射混凝土;直径鐖6mm，间距12cm×12cm的钢筋网片;鐖20mm系统锚杆，长1．5m，梅花形布置，环向间距0．8m。其中1+130～2+200洞身段采用纵向间距0．8～1．0m的格栅拱架，而2+200～4+085洞身段采用I14钢拱架(如图2)。2流固耦合分析原理FLAC3D基本的流体渗流模型提供了渗透各向同性和各向异性的流体传导，以及在渗流区内模拟不可渗透材料的流体渗流的空模型，不同区域可以采用不同的渗流模型以及材料特性。该软件不仅可以模拟流体的变形，同时可以模拟饱和材料的压缩性，因此能够较好地模拟富水岩土材料的耦合特性。FLAC3D模拟岩土材料的流固耦合机理时将其视为多孔介质，且流体在孔隙介质中的流动满足2017年第2期刘乃飞，等:库尉输水工程富水土质洞段的流固耦合分析403

图2土质洞段支护结构示意图Fig．2Supportstructuresofsoiltunnel达西定律，岩土材料的压缩性符合Biot方程。FLAC3D流固耦合分析的控制方程如下［14］。2．1平衡方程对于小变形问题，流体质点平衡方程为:－qi，i+qv=

本文编号：2562604