地铁隧道涌水涌砂诱发地面塌陷的大型模型试验研究

为研究地铁隧道涌水涌砂诱发地面塌陷的发生机理，研制水渗流作用下隧道大型模型试验系统，以青岛黄岛区地铁涌水涌砂灾害为例，再现了地铁隧道涌水涌砂诱发地面塌陷的灾害演化发生过程，进一步揭示涌水涌砂诱发地面塌陷的发生机理，在此基础上基于椭圆理论建立涌水涌砂过程中地面最大沉降值的理论预测公式。研究结果表明，地表变形与涌水涌砂具有良好的相关性和滞后性。在涌水涌砂诱发地面沉降过程中，地表变形将经历缓慢变形、急剧变形、地面坍塌3个阶段。地表缓慢变形阶段，灾害影响范围内地表位移缓慢增加，土体土压力及黏土层内测点渗压基本保持不变，而涌水点附近渗压在动水压力作用下逐渐升高。地表急剧变形阶段，土压力和地表位移急剧增加，涌水点附近渗压呈断崖式衰减，而黏土层内测点渗压快速增加，均具有显著的土体塌陷前兆信息，也反映土体塌陷灾害的瞬时特征。地面塌陷阶段，地表变形、土体土压力、涌水点附近渗压基本保持不变。地铁隧道涌水涌砂诱发地面塌陷模型试验研究结果对类似工程防治具有一定的指导意义。