疏干条件下隧洞涌水量及孔压分布解析研究

隧洞涌水和孔隙水压力计算一直是地下工程领域最为关注的焦点问题,然而对于疏干条件下隧洞涌水量及衬孔隙水压力的变化规律仍未得到很好的解决。针对浅埋、深埋及衬砌隧洞分别进行解析分析,然后利用数值计算方法反算出关键参数(影响距离、等效地下水位及衬砌等效地下水位)的计算公式,进一步提出了隧洞涌水量的解析公式,探讨了孔隙水压力的分布规律。结果表明,疏干条件下隧洞涌水量取决于隧洞半径、初始地下水位高度及围岩与衬砌相对渗透性,其中围岩与衬砌相对渗透性起到决定性因素;衬砌圈显著改变了隧洞涌水量大小与外水压力分布规律,随着相对渗透性的增大,孔压解析解与数值解的拟合程度逐渐提高;通过与传统解析公式及数值的相互对比,提出的解析公式真实刻画了浅埋、深埋和衬砌隧洞渗流场特征,计算结果更加合理和准确。     

地下水渗流作用下的盾构隧道开挖面安全系数上限分析

利用数值模拟技术对地下水渗流情况下盾构隧道开挖面的渗流场进行模拟,获得了隧道开挖面周边各节点的孔隙水压力。基于极限分析上限定理,利用各节点孔隙水压力计算出隧道开挖面上限破坏机制中的孔隙水压力功率,并将其视为一个外力功率代入虚功率方程中,构建出考虑渗流影响的开挖面安全系数目标函数。通过非线性序列二次规划法对该目标函数进行优化计算,得到开挖面安全系数上限解。利用强度折减法验证了该方法的有效性,并将其用于考虑地下水渗流作用的盾构隧道工程实例分析。研究表明:在考虑地下水渗流的情况下,开挖面安全系数随土体黏聚力、摩擦角、开挖面支护力的增大而增大,随地下水位的升高而减小;开挖面的破坏范围随摩擦角的增大而显著减小,但地下水位线的位置对开挖面的破坏范围影响较小。     

基于随机裂隙网络研究溶洞方位对隧洞渗流场影响

在喀斯特地区,岩体常伴有不同发育程度的裂隙。裂隙的存在弱化了围岩的连续性,当隧洞穿越岩溶区时,裂隙成为地下水渗流的通道,影响隧洞稳定性。通过离散元软件,利用蒙特卡罗随机原理,根据实际裂隙几何参数统计数据,构建随机裂隙网络,基于随机裂隙网络分析隧洞穿越岩溶区时溶洞的方位对隧洞渗流场的影响,通过洞周渗流量及裂隙水压力分布规律,提出了溶洞恒压区与隧洞低压区裂隙水渗流模式,以此为基础进一步分析不同间距下溶洞对隧洞渗流场的影响。     

富水软岩隧道渗流场分布规律及涌水量研究

利用Flac3D有限差分软件渗流模块,基于现场地质钻孔实测渗流参数和地下水位线,建立三维地质渗流数值模型,研究了隧道围岩初始状态下的地下水渗流场分布规律、隧道开挖前后渗流场变化规律以及施工期隧道涌水量,模拟计算结果对裂隙发育、富水地层地下工程防排水设计具有参考意义。     

地下水对引水式电站隧洞围岩稳定性影响的研究

基于大型通用有限元软件ANSYS对引水式水电站引水隧洞开挖与衬砌过程进行数值模拟。隧洞开挖与衬砌采用ANSYS软件中的生死单元来实现。通过模拟隧洞的开挖与衬砌,改变地下水水位,进而对各水位对应下的引水隧洞洞身段围岩及衬砌稳定进行评价。故在计算结果的基础上．结合工程实际情况和经验．研究地下水水位对隧洞围岩稳定性的影响,并得出几点有益的结论,以期为实际隧洞工程施工及设计提供依据。     

边坡虹吸排水数值模拟方法及应用

边坡虹吸排水是处于探索应用阶段的新技术。基于广义达西定律与渗流场分析的基本原理,将“以管代孔”法与解析单元法相结合,提出针对虹吸排水系统的数值模拟方法。按照流量和水头等价的原则,给排水孔赋予等效的渗透系数,并根据虹吸排水原理确定其内水头边界条件,以此模拟虹吸排水过程。建立边坡三维渗流有限元计算模型,以单个排水孔为例,计算虹吸排水作用前、后坡体内地下水位线与渗流场分布的变化,揭示了虹吸排水对边坡地下水渗流场的影响规律。在排水孔径和孔长恒定的条件下,模拟了排水孔位置变化对排水效果的影响,结果表明边坡虹吸孔位选择对排水效果有重要影响。     

大连地下石油储备库洞室群围岩稳定性及渗流场分析

为分析水封式大连地下石油储备库洞室群围岩稳定性及渗流场特征,首先基于现场地应力实测结果的回归分析,利用Fish语言编写函数,反演初始地应力场。其次,采用三维离散元程序3DEC生成三维节理网络模型,反演库区初始渗流场的各向异性特征。最后,利用应力与渗流耦合模块实施开挖仿真计算,获取围岩应力场、位移场变化特征。考虑平行、垂直层理面不同材料特性,基于带有抗拉的Mohr-Coulomb强度储备型点安全系数,定量评价洞室群的稳定性。借鉴国外水封效果评价标准,分别从地下水位线和垂直水力坡降2个方面,分析渗流场变化特征。研究表明:在洞室周边平行层理面点安全系数为1.02～1.25,垂直层理面点安全系数为1.95～2.00。在补水隧道及注水孔组成的人工水幕系统作用下,建设期内地下水位下降3～5 m,地下水位距洞室顶55 m。开挖洞室附近平均垂直水力坡降大于1.0,满足设计规范及密封性要求。     

三维基坑开挖阶段地下水渗流分析

为了掌握基坑开挖施工阶段地下水非稳定渗流规律及施工阶段对土体地下水孔压影响,建立了基坑开挖阶段地下水渗流的三维有限元分析模型。通过对基坑开挖阶段地下水渗流场的三维分析,达到对基坑渗流场实际复杂情况的模拟,比较理想地反映基坑渗流场中孔压等势线、流速矢量等渗流要素在不同施工阶段条件下的变化规律,在一定程度上弥补过去对基坑渗流场研究的不足。结果表明,针对基坑开挖施工全过程地下水三维有限元分析和模拟是完全必要的。     

地下水位波动引起重力式挡墙基坑周围地基土孔压变化及对挡墙稳定性的影响

波浪、潮汐作用引起临海、临江地区的地下水位周期性波动,基坑周围地基土的孔压响应机制是研究动水环境下基坑开挖课题的关键。假定有限厚度单层地基均质、各向同性,边界波动水位以正弦函数表示,将基坑渗流场分成3个区域,假设土体总应力不变,将固结方程解耦,利用Laplace,Fourier变换与逆变换推导得到浅层含水层内地下水位波动引起重力式挡墙基坑周围地基土孔压响应的二维半解析解。与PLAXIS有限元数值解的对比验证了该解答的精确性。通过算例分析坑外地下水位波动时基坑周围的孔压响应规律及其对重力式挡墙稳定性的影响。结果表明,沿坑外到坑内的基坑渗流路径,孔压的波动幅值不断衰减,滞后相位不断增大;挡墙稳定安全系数随地下水位的变化而波动,且存在相位滞后现象。     

软土盾构隧道稳定渗流分析

盾构隧道的渗流对隧道的长期沉降等长期性态有重要的影响.针对软土盾构隧道的特点,假设隧道达到稳定渗流时,作用于衬砌外壁的总水头为一个未知常量,在此假设基础上,推导出隧道周围土体渗流场的发展及孔隙水压力的分布.通过土体渗入隧道的渗流量与通过衬砌渗入隧道的渗流量相等这一等量关系,计算衬砌外壁的未知常量水头.得到隧道稳定渗流时的渗流场和渗流量的解析解.最后,通过与数值模拟以及已有解析解答的对比,验证了解析方法的合理性.     

三峡船闸高边坡裂隙岩体渗流监测成果分析

三峡船闸是三峡工程的主要工程之一。闸室区边坡高度一般为70～120m,最高约160m,地下水是影响岩体高边坡稳定的重要因素之一。介绍了船闸高边坡施工期地下水渗流监测的布置和实施情况,根据将近3 a的实际监测成果,分析了施工期船闸高边坡地表降雨、排水、水质、排水硐渗流渗压的变化规律和影响因素;监测成果分析认为,施工期船闸南北边坡地下水位均低于设计水位,与长江科学院计算成果基本一致,随着二期工程的实施,地下水位将随之缓慢降低,说明设计最后选定的渗控方案是基本合理的。     

隧洞地下水渗流场变化对衬砌受力影响的数值分析

为研究隧洞地下水渗流场变化对衬砌结构受力的影响,通过建立平面应变渗流耦合有限元模型,对隧洞开挖、设置排水管、进行固结灌浆等不同施工工况进行了数值模拟,动态地分析了不同施工措施时的地下水渗流场变化以及相应对衬结构受力的影响。     

盾构隧道开挖面稳定渗流场与应力场耦合分析

地下水作用下成层土盾构隧道开挖面稳定性成为该领域的重要课题。文章利用有限差分数值方法对盾构隧道开挖面渗流场与应力场的耦合进行了分析,探讨了渗流力对开挖面稳定的影响。根据稳定性理论的基本原理,把由于开挖面支护压力的微小变化导致开挖面中心点水平位移突变时的支护压力定为极限支护压力。考虑渗流场时,隧道开挖面失稳的极限支护压力等于作用于开挖面的有效支护压力和渗透力的总和。流固耦合数值模拟分析了地下水作用下支护压力与开挖面变形以及应力的关系,孔隙水压力的逐渐消散导致土体中发生沉降。通过孔隙水压力的存在对盾构隧道开挖面的塑性状态、应力、位移及其大小的影响比较发现:渗流场与应力场的耦合对隧道开挖面稳定产生很不利影响,是不可忽视的重要因素。     

基坑渗流的数值模拟与分析

根据渗流场与温度场具有相同控制方程的特点,本文用ANSYS软件的温度场模拟基坑工程的渗流场,用有限元方法对基坑开挖不同工况下的渗流场进行数值模拟计算。分析了地下防渗墙嵌固深度对基坑渗流量和渗透力的影响,用渗流量和渗透力随基坑开挖深度的变化情况,讨论了基坑工程的渗流特性和抗渗透稳定性。     

长江三峡库区黄腊石边坡地下水作用规律与动态稳定性评价

以黄腊石滑坡为例，针对地下水在边坡失稳过程中的关键作用，定量研究地下水渗透力对滑坡稳定性的影响。采用更接近于实际地下水位的渗透力计算方法，计算了黄腊石边坡地下水渗流场在地下水位变化时的水头分布情况；并对渗透力进行了计算，从而定量地分析了地下水对滑坡的作用，发现渗透力的峰值分布在应力集中的前缘段。在此基础上，在剩余推力法中引入渗透力的算法，根据地下水的月平均观测水位，得出考虑渗透力和未考虑渗透力情况下稳定性系数与时间的关系。发现考虑渗透力的情况下黄腊石边坡稳定性系数有随时间逐渐减小的趋势，最大降幅可达0．2020，且出现在地下水位迅速降落之时。这说明地下水位突降时，其引起的渗透压力最大，且渗透力对黄腊石边坡稳定性的降低作用随时间有增大的趋势。根据地下水的作用机理和渗透力分布的计算分析结果，结合该边坡的实际情况对黄腊石边坡的防治提出了相应的建议。     

上海地铁11号线徐家汇站深基坑降水数值模拟

承压水是基坑工程施工主要风险源之一,基坑降水是地铁站建设经常采取的措施。承压水降水设计应综合考虑水位降深要求、承压含水层厚度、降水井深度、止水帷幕深度等因素,通常采用数值模拟方式进行计算分析。本文以上海地铁11号线徐家汇站深基坑降水工程为例,根据场地工程地质和水文地质条件、地铁站围护结构设计深度和基坑开挖深度,建立地下水渗流三维数学模型,通过单孔和群孔抽水试验资料反求水文地质参数,结合场地初始条件和边界条件,采用Visual Modflow有限差分法对基坑降水进行模拟,数值模拟结果与地下水位实际监测数据十分吻合,为地铁工程深基坑降水设计提供了指导作用。     

止水帷幕深度变化下长大基坑降水渗流场分析

为了解长大基坑止水帷幕深度变化对渗流场的影响规律,合理设计基坑止水方案,以厦门市某明挖暗埋湖底隧道工程为研究背景,考虑地层实际分布情况,利用PLAXIS 3D岩土有限元分析软件构建精细化三维数值模型,通过变化止水帷幕深度,计算止水帷幕与砂层的相对位置关系对基坑降水渗流的影响。计算结果表明:对于总渗流量,刚进入湖底段>陆地段>湖底段;由于长大深基坑地层空间分布复杂,止水帷幕深度局部未穿透砂层,陆地段和湖底段出现局部渗流量偏大现象;止水帷幕的局部加深,对地下水渗流有一定的控制作用。     

确定大坝基坑排水量的渗流场有限元数值模拟

在水利工程中,基础工程都处于河道周围或者河道中,地下水位较高,在这些工程中,进行基坑开挖时若不采取有效的排水措施,容易导致流砂,管涌,严重时会导致基坑塌方、邻近地层掏空下陷等事故.因此进行渗流场分析是非常必要的,对渗流场进行合理的数值模拟有着十分重要的意义.根据一个草土围堰基坑的抽排水算例,编制了相应的二维有限元程序,对比了在不同工况下,水头、浸润线和渗流量等渗流要素的变化规律,分析得出在不同地基情况下,需要抽排水量的大小,确定地基是否需要修筑防渗墙,以便采取经济合理的基坑防渗排水措施..     

考虑封底效应的圆形围堰渗流场解析解及应用

将圆形围堰周围渗流场分为4个区域,用分离变量法分别得到柱坐标系下4个区域的水头分布级数解形式,结合区域间的连续条件,并利用贝塞尔函数正交性得到考虑封底效应的圆形围堰稳态渗流场解析解。该解析解能求解成层土情况下围堰涌水量及封底层渗流水压力,并能退化到各向同性土层中围堰未封底情况。通过与数值计算结果以及其他近似法计算结果的对比,证明了该解析解的正确性及有效性。基于解析解,分析了封底层渗流水压力分布规律,结合工程实例探讨了考虑渗流影响的封底层失稳破坏规律。结果表明:渗流作用下封底层所受水压力并非均匀分布,而是呈现中心小四周大的分布形式;封底层渗透系数及厚度会显著影响渗流水压力的大小及分布。     

考虑渗流与应力耦合的基坑降水数值模型研究

针对目前应用广泛的解析计算方法,本文分析了砂土地基基坑工程井点降水的特点,基于有限元理论,考虑降水过程中渗流场与应力场的耦合作用,建立了考虑应力与渗流耦合的基坑降水的数值模型,并应用该模型分析地下水水位随时间的下降过程。工程实例分析表明,该模型比较符合实际情况,具有较强的适用性。