基于颗粒流法的饱和砂层隧道围岩稳定性研究

【摘要】随着国民经济的快速发展,城镇化率的不断提高,大量的农业人口转移到城市中来,城市面临着巨大的交通压力。地下铁道建设是解决这类问题的一种好方法,越来越多的城市在建设或规划建设地铁。在地铁施工过程中,时常会遇到地下水产生的工程难题,比如涌水突泥灾害。在我国东南沿海地区修建地铁时经常遇到的饱和砂层,属于地下水和砂土的耦合问题。饱和砂层结构松散,无粘聚力,开挖时即可能发生坍塌,在该类地层中修建隧道会遇到很多的工程技术难题。因此,如何分析饱和含水砂层隧道围岩在不同水力条件下的破坏机制,并提出相应的加固保护措施有着十分重要的理论和实际意义。本文针对以上问题做了如下研究：1.本文进行了大量的相关课题文献的调查研究,对饱和砂层的物理力学特性进行了深入地分析探讨,并对采用颗粒流方法进行饱和砂层的流固耦合模拟的各种方法进行了总结；论文着重论述了颗粒流方法的基本原理、计算过程、相关物理参数的确定方法。介绍了颗粒流方法中的各种本构模型及相关参数,由于砂土的离散特性及砂粒之间的低粘性,决定采用接触刚度模型来模拟饱和砂层隧道的变形特性。2.考虑到砂土—地下水流固耦合作用,阐述了在颗粒流方法下的实现流固耦合模拟的相关理论和PFC2D实现方法。采用固定网格划分流体的方法,推导出了N-S不可压缩恒定密度流体的驱动力公式和压力梯度公式。3.运用二维颗粒流程序PFC2D模拟计算分析了广州地铁五号线珠江新城至猎德区间饱和含水砂层浅埋暗挖隧道围岩的稳定性,主要考虑了以下几种工况下围岩的变形破坏模式：①不考虑地下水渗流；②考虑地下水渗流,并分析了两种渗透系数下隧道围岩变形破坏的差异。4.运用PFC2D软件模拟分析了饱和含水砂层盾构隧道开挖面在地下水渗透作用下的变形破坏形式,模拟了实际工况下渗透系数大小为水平向左大小为1.73e-5m/s的地下水渗透作用,得到了盾构隧道开挖面前方土体的变形破坏全过程规律和其内部应力变化规律。并验证了盾构隧道开挖面前方土体纵向松弛长度公式。
【作者】徐超；
【导师】吉小明；
【作者基本信息】广东工业大学，桥梁与隧道工程，2014，硕士
【关键词】饱和砂层；流固耦合；PFC2D；隧道工程；开挖面；

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