浅埋隧道渗流量及孔压分布规律——以富水地区为例

目的 分析不同渗流情况下隧道的渗流量及孔压分布规律,为进一步研究管片的内力和盾构隧道的长期固结沉降打下基础.方法 对于富水地区的浅埋盾构隧道采用等效渗流的处理方式,基于复变函数的映射变换,推导了稳定渗流情况下隧道的渗流量及隧道周围土体孔压的解析公式,并与国内外的研究成果对比,证明了推导公式的可行性.由于隧道渗流特性多样,以上海盾构隧道为工程实例,重点分析了土体与衬砌的相对渗透系数、隧道埋深与渗流量、孔压分布的关系.结果 处于不同土层中的渗流场相差很大;土体与衬砌的相对渗透系数对渗流量有重要的影响且对隧道周围的孔压分布起决定作用:土体与衬砌的相对渗透系数越大,孔压越接近静水压力,衬砌承担的水头就越大.结论 适合于深埋隧道渗流量公式并不一定适用于浅埋隧道;在渗流推导中若简化衬砌的阻水作用,则不能准确反映隧道周围的孔压分布.     

考虑注浆圈作用水下隧道渗流场解析解

总结水下隧道衬砌外水压力以及隧道涌水量的理论研究,采用镜像法构造一个虚拟源,与水下隧道形成"源-汇"系统.将半无限实际渗流场转化为2个无限虚拟渗流场的叠加,推导水下大埋深隧道孔隙水压力以及隧道涌水量的解析解.该解在保证精确性的同时,能考虑注浆圈以及衬砌的作用.在毛洞情况下,本文解退化到古德曼方程以及Harr解,验证了本文解的正确性.采用该解对隧道工程实例进行分析,和已有解进行比较,进一步验证本文解的合理性.发现当埋深增加或者注浆圈抗渗性变差时,已有解和本文解结果差距变大.指出增加注浆圈的抗渗性,可以有效地降低隧道涌水量及衬砌外水头,并发现隧道涌水量及衬砌外水头和隧道埋深近似呈线性增加关系.     

半无限平面含注浆圈深埋隧道渗流场解析研究

基于复变函数和渗流力学理论,采用保角变换将半无限平面围岩渗流场解析问题转化为二维圆环域的Laplace方程求解问题.根据边界条件和流量连续条件,对围岩、衬砌及注浆圈的渗流场进行联立求解,推导出半无限平面含注浆圈深埋隧道渗流场解析解.通过与镜像法解析解及数值解进行对比,验证了该解析解的可靠性.运用该解析解分析含注浆圈深埋隧道渗流场对注浆参数变化的敏感性,结果表明： 注浆参数变量可通过与注浆圈渗透系数负相关,与注浆圈厚度正相关的无量纲影响因子统一表示;隧道渗流量、衬砌外水头以及渗流场敏感性随着注浆参数影响因子的增大而减小;随着衬砌渗透系数减小,衬砌厚度增大,隧道渗流场对注浆参数变化的敏感性减弱,而隧道埋深与断面尺寸的变化则对其影响很小.     

渗透各向异性土层中基坑二维稳定渗流半解析解

通过将基坑周围渗流场分为2个规则的区域,利用Fourier变换推导渗透各向异性土层中基坑二维稳定渗流的半解析解.根据与有限元软件PLAXIS计算结果的比较,验证了半解析解的正确性.基于半解析解,分析渗透各向异性、基坑宽度、挡墙距不透水层顶面距离、基坑内侧水位对挡墙两侧总水头分布的影响以及出逸比降随上述参数的变化情况.分析结果表明：二维渗流下挡墙两侧总水头为曲线分布;随着水平与竖向渗透系数比α、内侧水深d2的增大和基坑半宽度b的减小,挡墙两侧的总水头逐渐增大.随着挡墙距不透水层顶面距离L的增大,挡墙外侧的总水头逐渐减小,挡墙内侧的总水头逐渐增大.随着α、L的增大,b、d2的减小,出逸比降不断增大,基于一维渗流的出逸比降的计算结果偏不安全.     

水下浅埋无压圆形隧道衬砌合理渗水模式分析

在有衬砌隧道渗流场分析中,衬砌的渗水模式可分为等水压渗水和等水头渗水2种情况.基于现有研究成果,推导得出等水压渗水和等水头渗水模式下有衬砌无压隧道渗流场解析解,并根据数值解验证了解析解的有效性;结合衬砌与围岩相互作用关系,分析了2种渗水模式对隧道渗流场以及衬砌外水荷载计算结果的影响.研究结果表明:无论是衬砌单独工作还是...     

块石颗粒形状对碎石土渗流特性影响研究

碎石土是由不同形状的块石颗粒组成,块石颗粒形状不仅会影响碎石土内部的细观结构,也 会影响其渗流特性．基于碎石土细观结构模型,将不同形状的块石颗粒简化为圆形、正方形、正六边 形和正八边形,分析块石形状对碎石土的渗流特性影响．发现不同形状块石组成的碎石土中水的渗 流量不同,随着孔隙率增大,块石形状对其渗流特性的影响越明显．常水头渗流试验表明：不同形状 块石,渗透系数差异明显,其中规则块石（近似正方体）渗透系数最大,泥岩颗粒（近似多面体）渗透 系数最小．数值模拟试验结果与常水头试验结果二者的规律吻合,说明数值模拟试验结果可靠．     

尾矿坝渗流场与应力场耦合作用的数值分析

在分析岩土介质渗流场与应力场耦合的用机理的基础上,建立二者耦合模型。以此为基础,针对具体的尾矿坝,进行渗流场与应力场相互耦合的数值模拟。模拟计算了单独考虑渗流场,单独考虑应力场以及两场耦合情况,并将三种情况进行了对比分析。结果表明:在耦合场中渗流量比单独计算时小;耦合场中沉降量比单独计算时大,且最大沉降量发生区域大致相同;耦合场中各向应力总量最大值比非耦合场中大,局部出现应力集中现象;耦合场中应力等值线分布规律与非耦合场基本一致。     

富水区隧道渗流场解析解及合理支护参数

以复势函数和地下水力学理论为基础,引入双极坐标描述等势线,推导由围岩、注浆圈和初期支护组成的富水地区隧道渗流场解析解,获得隧道注浆前后初期支护外水头的水头差公式. 通过与保角变换法、镜像法和数值模拟计算结果对比,验证所提解析方法的合理性. 通过研究隧道注浆圈、初期支护的渗流参数与初期支护外水头、渗水量及水头差的关系,提出隧道结构合理渗流参数的确定方法. 结果表明：减小初期支护渗透系数或增大初期支护厚度都可致渗水量减小且水头增大;水头差随初期支护渗透系数或厚度增大先增大后减小,当水头差处于峰值时,注浆圈能发挥较大的作用,初期支护外水头可以降至全水头的30%±6%.     

电站尾水渠施工期渗流场数值分析

为研究施工期尾水渠基础渗流场、渗流稳定以及渗流量等问题,选取电站尾水渠典型断面,建立尾水渠岩土体渗流的数学模型,结合电站尾水渠典型断面确定边界条件,利用伽辽金有限元方程进行数值计算,对尾水渠施工期渗流场进行模拟.结果表明:塑性混凝土防渗墙设计效果较好,渗流量的绝大部分通过防渗墙以下入渗,降低了孔隙水压力;在渗流出溢处水力坡降超出允许水力坡降,该处需采取工程措施,以免发生渗透破坏.这些成果可为施工期尾水渠安全运行提供理论根据.     

基于非饱和渗流理论的土石坝渗流分析

针对考虑土壤非饱和区且设有排渗系统对水库渗流影响研究不足的问题,结合工程实际,采用非饱和渗流分析方法,对设有集水廊道的土石坝渗流进行研究。结果表明:土壤非饱和区的存在导致大坝单宽流量增大,浸润线抬升;考虑非饱和渗流的影响研究渗流问题更符合工程实际情况,弥补了饱和渗流研究存在的不足,丰富了已有的渗流研究成果;此外,采用设置集水廊道的排水措施能够有效地降低坝内和下游河床浸润线,减少下游浸没区范围,有利于大坝整体抗滑稳定和后期安全运行。     

海塘渗透破坏数值模拟及渗透特性

为研究海塘的洪水渗透规律和渗透破坏机制,提出了可考虑土体渗透性随渗透破坏而变化的饱和-非饱和/非稳定渗流分析模型,编制了相应的程序。选取实际海塘进行了洪水渗透过程的数值模拟,并将计算结果与现场监测试验结果进行了对比,表明所建立的分析模型和计算程序是正确的。工程实例分析结果表明,海塘洪水渗透过程是一个涉及土体渗透性变化的饱和非饱和/非稳定渗流过程,塘身浸润线变化经历4个阶段,海塘渗透破坏是大渗流比降下洪水长时间渗透所导致的。因此海塘的洪水渗透破坏涉及破坏区土体渗透性的变化以及饱和-非饱和/非稳定渗流,按中国现行规范应用稳定渗流分析方法进行计算是存在问题的。     

深埋式中心水沟排水隧道渗流场解析研究

以镜像法和渗流力学理论为基础,推导半无限平面内深埋式中心水沟排水隧道渗流场及涌水量的解析解.依托深埋式中心水沟排水隧道工程实例,应用FLAC3D有限差分软件建立数值模型,从隧道涌水量、衬砌水压力两方面验证所得解析解的正确性,探究隧道水下埋深、围岩渗透性对衬砌水压力的影响规律.研究结果表明,深埋式中心水沟涌水量大、有效排导能力强,是隧道排水体系的主要排水路径,也是控制隧底水压力的关键;即使在隧道水下埋深较大或围岩渗透性较好的情况下,深埋式中心水沟排水方式仍可以有效降低衬砌水压力,控制隧底水压力,减少因隧底水压力过大导致的病害的发生.     

裂隙岩体裂隙网络渗流场—应力场耦合的刚体元分析

基于裂隙岩体初始裂隙网络渗流的离散数值模型，首次采用新的数值方法－－刚体元方法进行裂隙岩体裂隙网络渗流场－应力场耦合分析，既避免了经典渗流理论不考虑介质应力的不足，又克服了工程岩体稳定性分析中简单考虑水渗流作用的缺陷。     

连拱隧道围岩渗透系数对渗流场影响的数值模拟研究

以昱岭关隧道工程为依托,结合数值模拟方法,采用Midas-GTS软件,遵循D-P准则,对常水位作用下连拱隧道渗漏水特点以及围岩渗透系数大小对渗流场特征的影响进行了研究,并结合实际工程与数值模拟结果得出了一些有益的结论.     

非饱和土渗流变形耦合的数值分析

基于一维非饱和土的渗流-变形控制方程,采用Flex PDE（Partial differential equation）软件对该耦合方程组进行求解分析。该方法突破了解析法对非饱和土导水系数函数的特殊限定,适用于任意的土-水特征曲线表达式;还可考虑到饱和时的渗透系数以及孔隙率是变量。与解析解相比,该数值解表现较高的精度,具有解决非饱和土耦合问题的可行性。计算分析表明,非饱和土渗流-变形耦合作用对暂态孔隙水压力分布产生重要的影响,在降雨入渗过程中需考虑土体渗流-变形耦合的影响。降雨初期,位移随着时间明显增大,地表出现下沉,考虑耦合效应的孔隙水压力慢于非耦合情况,原因是H值为正的。随着降雨持续时间的增大,地表下沉的速度减缓,到最后变形开始稳定。位移的变化快慢与孔隙水压力变化规律相同。地表沉降量还与初始孔隙水压力分布以及H值密切相关。饱和时的渗透系数以及孔隙率对非饱和土降雨入渗以及稳态流的分布产生影响,但对其地表变形产生的影响微弱。     

考虑渗流-应力耦合基坑开挖降水数值分析

运用GTS（Geotechnical and Tunnel analysis System）软件对基坑开挖降水过程进行了详细数值模拟,对比分析了基坑开挖时,考虑降水引起的地下水渗流作用和不考虑渗流作用下的基坑周围土体位移、支护结构位移以及内力,同时分析了止水帷幕、渗透系数及降水深度对基坑力学性能的影响.分析结果表明：渗流对基坑工程影响不容忽视,深基坑稳定性分析应当充分考虑地下水渗流的作用;设置止水帷幕可以有效地减小基坑周围土体的变形,渗透系数与降水深度的加大均会使地表沉降值增大.     

紫坪铺水利工程右岸三维渗流场特性研究

紫坪铺水利枢纽工程右岸条形山脊布置了工程的主要水工建筑物,因此条形山脊的渗流场特性对工程的安全性至关重要。根据坝址工程地质水文条件及防渗处理措施,运用三维有限元方法,研究右岸条形山脊的渗流浸润面,水力坡降以及主要地下洞室的外水压力分布,并对计算域外天然地下水补给防渗帷幕及排水系统的不同施工质量对渗流场特性的影响进行了分析。分析表明防渗处理措施效果明显,并提出了优化建议。     

Stability analysis of shallow tunnels subjected to seepage with strength reduction theory

Based on strength reduction theory, the stability numbers of shallow tunnels were investigated within the framework of upper and lower bound theorems of limit analysis. Stability solutions taking into account of water seepage were presented and compared with those without considering seepage. The comparisons indicate that the maximum difference does not exceed 3.7%, which proves the present method credible. The results show that stability numbers of shallow tunnels considering seepage are much less than those without considering seepage, and that the difference of stability numbers between considering seepage and without considering seepage increase with increasing the depth ratio. The stability numbers decrease with increasing permeability coefficient and groundwater depth. Seepage has significant effects on the stability numbers of shallow tunnels.