某隧道流固耦合分析

２６苍　３　ｊ９Ｊ　天津建设科技　市政公用建设　２０１６　６』ｊ　ＴｉＨｎｉｉｎ（：　ｉｓｌｒｕ（ｑｉ（）ＩＩ　Ｓ（’ｉｅｌｌ（　Ｐ￣１１１ｄ　ｒ　（　｝ｌｌｌｎｈＩｇｙ　Ｍｍｆｉ（ｄｌｉａｌ　ａｌｌ（Ｉ　Ｉ）ｉｉｌ）ｌｉ￣　（Ｉｌ１ｎＨｌｒＩ１（・ｌｉｏｎ　某隧道流固耦合分析　口文／朱亚坤　摘　要：依据ＦＬＡＣ一３１　）数值分析软件模拟岩体渗流的流固耦合机理，建立了裂隙岩体　隧道等效渗流分析模型，对某隧道围岩的稳定性进行了数值模拟　对比分析了　不考虑渗流场条件下和考虑流固耦合作用下隧道围岩稳定性和结构受力：对围　岩的变形及其应力和支护结构的内力分布规律进行了分析，对隧道安全作出了　初步评价。结果表明，不考虑渗流场条件下隧道周边的位移和应力，要小于考虑　流固耦合作用的结果，耦合场作用要比不考虑渗流场条件下危险，应力场和渗流　场的耦合作用不容忽视　关键词：渗流场；流固耦合；数值模拟；隧道　１工程概况　续表１　某隧道下穿越河，轴线走向　黄河河床走向　制籽Ｉ　掸卡蜒　ｆｌ，ｌ松　壤　擦　ｔ　度／　渗透　渗透常　－类Ｊ　　｜比Ｖ　（・｝　们　／　（ｋＮ‘　系数／　数ｆ（Ｉｉｌ：・　ｆＬＩ率　ＣＪ；　６（）。火　，穿越｝Ｉ１』Ｊ术段约２３０　ＦＩ１，丁黄河河　Ｉ术下７０　Ｉｌｌ左　（　Ｉ　Ｉ｜　ｋＩ　“　（。）　ＨＩ　）　（Ｉｌｌ・Ｈ’）　Ｉ’Ｉｌ・　・　１　ｆ‘处通过，穿越河段百年一邋流　６　０９９．８　ｍＳ／ｓ，断『ｆＩ『　卜部　６４　０．３０　６５０　３５　２２．（）　１０…　１　９６　Ｘ　ｌｌ（　９６　Ｘ　．）’　（）．Ｊ（】　均流速为３．０　ｍ／ｓ，受其影响，隧道内地下水源补给允址　帷鼎　浆史护　３　２　０．３２　７００　３８　２１．（）　１　９７×　１——　９７　Ｘ　——　（）…　ｌＩ‘水化线以Ｉ　仅１４５　Ｉｌｌ，　余ｌ　０５３　ｍ均为水位线以下　（４ｌｉｌ）　ｌ（）　ｌ（）１　２　，按设　‘资料　ｌ，】　，开挖施　ｔ，令隧道总涌水｛　叮　ｉ（）．１　７　ｆ）．１　７　２１．（）　２　ｌ２　Ｘ　２．１２×　————　凝Ｉｎｊ｛＇７１　　２２５　．ｌ（）　ｌ（）　０．０８　丛５　０００～８　０００　ｎ】　ｈｌｌ　｜Ｃ２５　２９次衬砌　５　０．１７　（）．１　７　２５．０　２．ｌ（）６２　Ｘ　２．　１（）０６２×　　（）．０５　卡ｌ｛撕隧道『ｆ；Ｉ　地质条什介　，…　以　枚状板　化ｒ‘枚　为主，遄水软化、遇风丌裂，　、裂　３数值计算　隙发育，受地Ｆ水影响ＪＸｌ险很大。　３．１数值分析模型　此，隧道地下水施ｒ控制，关系刮地下水环境保护、　汁箅模型取隧道轴线　阳为ｙｊ＝ｆＩＩ，水　隧道施Ｉ　安拿　、结构使用安令与耐久性的　大　题。　隧道轴线　向为．）（轴，铅“向ｆ　方阳为　轴，　个汁钟：　－　ｌＡ（：　模拟柑土材料流同耦合问题　＂ｒｌ『的ＩＩ『　模，Ｉｌ』　．）（、ｙ、　个力　向　寸为４０　Ｉ＇ｌｌ　Ｘ　３　ｍ　ｘ　１０５．５　Ｉｌｌ　性　被　力　界认ｒ，『’本义采ＨＪ该软件进行模拟汁　陔模，　削分ｒ　３　８８９个　冗，５　５７６个１　点，　ｆ　ｌ，　铆：址Ｉ，ｆｆ　２岩石物理力学参数　根据地质勘察和　¨　院提供的参数分析报告，取　得　体　＿小物　Ｊ学参数。　的透水率、Ｌ丫１．位【Ｉ发水　嗣１渗透系数ｆ｛１钻孔　水试验、简易提水试验和　Ｉ－Ｋ￣Ｉｌ　抽水试验扶墩，得知　层的孔隙率和渗透系数均较低，　ＪＪｉｌ　的／，Ｊ　参数依掂卡ｆ１天义献提商，材料参数　表１。　表１材料参数　卡１：Ｉ　弹棋　泊松　朴聚　撩　最度，　渗透　渗透常　孔　类Ｊ　／　比’，　力　／　角‘ｐ／　ｆｋＮ‘　系数／　数ｉ（ｍ　・　牢　ｆ　Ｐｄ　ｋＰ　ｏ）　ＩＴＩ一　（Ｉｌｌ・ｓ—ｌ】　ｌ’ａ・一’・ｓ－Ｉ）　图１隧道计算模型　Ｊ风化　　（）４　（）．３９　１０　４０　ｌ　９００　３．１０　５　Ｘ　３５×ｌ０。’　【】．３＿２边界条件　．．３５　ｌ　２　５　（）３６　４５０　３０　１　９８０　７．１０８７　Ｘ　７．８７×　（）２　１位移边界条件　．ｌ（　２５　隧道汁箅模　位移边界条件采川Ｉ　ｔ　化移约　底　”）　２　２　５　（）．３６　５５０　３２　２０．２　Ｉ．ｌ０　７２×　１．ｌ【７２×　】　０－２Ｏ　邴边　，１　部边界为　『Ｉ｛边　，　端采川水　｝，．化移　２４　市政公用建设　ＭｉＩＩＩ１（‘ｉｐａｌ　ａｌｌ（１　Ｉ＇ｕｂｌｉｅ　Ｃｏｎ￣ｔｒｕ｛‘ｔｉｏｎ　约柬ｊ　．＿沿隧道纵ｍ　测结果，以便作参号，见表２　表２周边位移计算结果　ｍｍ　二．二渗流边界条件　１顺面为¨南地下水面；固定孑Ｌ隙水乐力为２２０　ｋＰａ一　２）模型各点的初始水压力等于陔点处的静水水头；　——计算ｈ’案　１　水平收敛　ｊ　拱顶下沉　１　仰供隆起　１　Ｌ——————————————————０———————————————————　——————————————————ｒ————————————————１　｝卜非耦合情况Ｆ　ｆ　————————　—————ｌｌ　——————底面和侧边界为不透水边界。　３）排水边界设置、将排水口的内表面设置为排水　水　—一　　～～　　一　嘶，隧道内排水沟设计高６０　ｃｍ，　２。隧道的排水效　　一通过采用将歼挖边界排水口处的孔隙压力值没为零　耦合情　６４　十———————一—＿１—————————　　｛７　｝８　３４　２６　巾表２・　厅…，辩马　情况下的收敛变形大于非耦　合情况下自Ｏ　ＬＩｎ：敛变彤　的方法来实现　水　．一一　　＼　，　图２隧道衬砌结构形式　３．３计算方案　计算中岩体为弹塑性材料，采用Ｍｈｏｒ叫ｏｔ　ｌＯｌｌｌｂ屈　服准则，模拟Ｊ　两种方案。　方案一，不考虑渗流，采『｝】全断面开挖，』｛｛实体结　构单元模拟初支混凝土层和二次衬砌混凝土层，同时　／ｆ　将格栅钢支架单独考虑，而是将它的影响结合存喷　ｇ寸混凝土巾进行考虑，提高相应的　・、　值。分析采用弹　性模　，心服准则采川莫尔一库仑准则。隧道模型拱　顶距模型顶部７８　Ｉｌｌ，河『末Ｌ部为厚度约１０一ｌ５　ｎｌ的第　系松散堆积物孔隙潜水含水层．模型计算区域的河水　深ｌ０　ｎ　，拱顶水头总高度在１００　ＩＩ１左右，７８　１１１　方的　体及河水ｎ重以荷载的形式施加在计算模　顶部　（２２０　ｋＰａ）　方案二，号虑流同耦合作用，未施做注浆ｌＪＪｆｌ间圈，　开挖支护强度同方案一。　４计算结果与分析　４．１隧道开挖后围岩的变形规律　为比较两种方案下各自周边　岩变形情况，在开　挖隧道周边布置一条水平测线，朋于比较水平收敛变　肜，在拱顶设拱顶下沉监测点：　为最大限度减少边界约束对汁箅结果的影响，选　取中间断面作为计算数据提取断面并附各测线和监测　隧道　挖并施做一次衬砌后，两种方案ＪＦ隧道　的位移　３一图６　５．４９８　９×ｌ（）　～一５　００（）（）×ｌＩ）　５　０００　０×ｌ（Ｊ～一４　００（）０×１０　４（）ｏ０（】×ｌ（）’～一３　Ｏ（Ｘ）【）ｘ　Ｉ【】　３　Ｏ（Ｘ１（】ｘ　ｌ０～一２　０ｆ）（）０　ｘ　１０　２　ｎＩＷ１　０　ｘ　ｌ［１　～Ｉ．（Ｈ×１　０　ｘ　１０　】００（）《）ｘ｝（】～一００ｆ】（）（）　（）０００（）～１　０００　０　ｘ　１０‘　１．００（）（１　ｘ　ｌ【】～～！【】　）０×ｌ１）‘　２（）（ｍ（１　ｘ　１０　～３　Ｏ（Ｘ）（）×１０　３（）ｌｍ０×…～４（）（　）０×１０　４（）０００　ｘ　ｌＩ　～５．（ＲＸ１　０×ｌ０’　５　００（）ｆ）ｘ　ｌ（１～５　４８３　７　ｘ　ｆ　ｃ】’　ｆ＿＇工Ｊｌｌ　．１¨Ｊ左为负　单位：ｍ　图３非耦合情况下水平位移　７０２　５×１０～一３　００００×１　３　００（）（】×ｌ０　～一　（Ｍ）（）（）ｘ　１　２．（Ｗ）（１　０×ｌ（１　～一ｌ（】（）（）０×ｌ　ｌ　００（）【】ｘ　ｌ００～【】００（）０　０（）（ｍ０～１　０００　０×Ｉ（】：　ｌ　００｛】０　ｘ　１０～２　０【】０（）ｘ　１０　２（Ｗ）（１　０×ｌ０～３　ｍ０　ｘ　Ｉ（１　３　Ｏ００（１　ｘ　１（）～３．６９３　７　ｘ　ｌ０　＿ｌｌＪｆ＿＿工ＪＩ　向左为负　单位：ｍ　图４耦合情况下水平位移　７　２４４　９　ｘ　１０　～一６．（Ｈ）（）【１×ｌ０　６　００（）０　ｘ　ｌ０　～一４００（）０×Ｉ（１　４　０００（）×ｌ０’一２　）（】０　ｘ　１（）　２　００（）０　ｘ　ｌ０　～０　０（）ｆ）０　０．００（）【）～！．００００　ｘ　ｌ０　２．００（）０×ｌ０～４　００００×Ｉ（１　４（　抑０×ｌ０～６０００　０×ｌ　ｃ１　６　０００　０×１０～～８．０００（】ｘ　１【】　８．０００（）ｘ　ｌ０一～８　４００　３×Ｉ１）　ＩｉＩＪ　１‘ｌ土Ｊｌ　向Ｆ为缸　单位：ｍ　图５非耦合情况下竖直位移　２５　市政公用建设　第２６卷第３期　天津建设科技　Ｍｕｎｉｔ‘ｉｐａｌ　ａｎｄ　Ｐｕｂｌｋ’Ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ　　ｉ—　１　ｌ　３．３９５　０　ｘ　１０　—一３．０００　０　ｘ　ｌ（　一６４ｌ５０　Ｘ　ｌ０　～一６．０００（）×１０、　一３．００Ｏ０ｘ　１Ｏ　～一２．０００　０　ｘ　ｌ０　６．００００×ｌ０　～一４　０００　０　ｘ　１０　一一２．００００　ｘ　ｌ０一—一１．ｏ０００　ｘ　ｌ０。　Ｉ．ｏ０００　ｘ　ｌ０‘一０．ｏ０００　４．１３０００ｘ　ｌ０　～一２．００００×１０　２．（）０ｏ（）×ｌ０　一０．００００　一０　００００～１．００１）０　ｘ　ｌ００　１　０００　０ｘ　ｌ００～２．ｏ０００×ｌ０一：　０．００００　２．００００×１　２．（）（）Ｏ　０　ｘ　ｌ０　～４　００００×１０‘　４．０００　０ｘ　１０ｓ～６．００００ｘ　１０‘　６．０００　０　ｘ　１０－＇～６．４４２（）ｘ　１　２．０００　０　ｘ　１０　～２．２６４　９×ｌ００　卜为ＩＩ：，向Ｆ为负　单位：ｍ　图６耦合情况下竖直位移　单位：ＭＰａ　方案一，不考虑渗流影响时，竖向最大位移出现在　隧道拱顶，为７　ｍｍ；最大水平位移只有５．６　ｍｍ，水平收　敛１　１．２　ｍｍ，Ｉ叶Ｊ现在两侧墙中位置。方案二，考虑流固耦　合影响的情况下，隧道拱顶竖向位移为３４　ｍｍ，隧道拱　底竖向位移为２６　ｍｍ，最大水平位移只有３２　ｍｍ，水平　收敛６４　ｍｍ，出现在两侧墙中位置。这是由于裂隙水向　图９非耦合情况下剪应力分布　一１．３３９４×Ｉ　—一１．２５０（）ｘ　１０“　１．２５０　０×１　—一１．００１３０×ｌ０　１．Ｏ０００　ｘ　１　～一７　５００　０ｘ　１（　７．５Ｏ００×１　—一５．ｆＭＷ）０×１０　５．０００【】ｘ　１０　～一２．５００　０　ｘ　１０　２．５００　０　ｘ　１（）　～０．００００　０．００００—２　５０ｏ　０×Ｊ０　２．５０００×ｌ０　～５　０００　０　ｘ　ｌＯ　５．０００　０　ｘ　ｌＯ　～７　５００　０×１０　７．５００　０　ｘ　ｌ０　～１．０００　０　ｘ　１　ｌ　０ｏ００×ｌ０　～１．２５００　ｘ　１０　１．２５００　ｘｌ　～１　３８５　８　ｘ１　一－一临空面流动，使隧洞周边的位移都有不同程度的增加，　而位于隧道底板位置以下孑Ｌ隙水压力较大，产生很大　的位移，在考虑渗流场作用的流固耦合分析中，由于考　虑了隧道同岩的孔隙水压力的变化，围岩有效应力的　变化会使围岩孔隙率降低，从而导致更大的同岩位移。　计算结果表明考虑流固耦合影响的情况下，隧道周边　位移增加了４倍左右。　４．２隧道开挖后围岩的应力场分析　单位：ＭＰａ　图１０耦合情况下剪应力分布　原岩处于　向稳定，由于人工开挖，导致初始的平　衡被打破，应力进行重分布，洞室周边嗣岩卸载，隧道　计算模型隧道挖通后中间断面围岩竖向应力和剪　应力见网７一图ｌ０。　—表层应力降低。图８和图９是隧道垂直应力分布情况　表示，在隧道顶部和底部表面应力均为零。在隧道墙　中，　现了局部应力集中，非耦合情况下最大拉应力为　２．３５　ＭＰａ，耦合情况下最大拉应力为２．７９　ＭＰａ。图９和　图１Ｏ显示了隧道洞室周围的“双耳”应力集中关键部　２．３５５　２×ｌ０　一２　２５００×ｌ　２　２５００ｘ　ｌ０　—一２．０００　０ｘ　１　２．００００×１０６—一１．７５００×１　１．７５００ｘ　ｌ０　—一１．５０００×ｌ　一１．５（）（）０ｘ　ｌ０　—一１．２５０　０　ｘ　１　１．２５００ｘ　ｌ０　～一１．００００×１ｆｉ，　Ｉ．００００×】０　一一７．５０００×ｌ０　７　５０００×１０　～一５　００００×ｌ（）　位，在两种方案下隧道的四角均出现了剪应力集中，非　耦合情况下最大处为０．６４　ＭＰａ，耦合情况下最大处为　１．３８　ＭＰａ。由于隧道所处位置处于微风化岩层中且埋深　一一５．０（）（）Ｏ×１０　～一２．５００　０×ｌ０’　２　５０００　ｘ　１　～０００００　０００（）（）～Ｉ．０３９　９　ｘ　１０　－较大，岩层的抗剪强度较低，使得隧道周边罔岩产生了　剪切破坏，形成了松动圈。　单位：ＭＰａ　图７非耦合情况下竖向应力分布　一考虑流固耦合时计算出的同岩应力一般比不考虑　流同耦合效应时的同岩应力要偏大一些，前者在竖直　方向的应力值比后者高２０％，考虑流固耦合时同岩剪　２．７９ｌ　３×１　０６—一２．５ｏ００×ｌ　２　５０００×ｌ０　２０（）（）０　ｘ　ｌ　－－２　ｏ０００×ｌ０　—一１．５００　０×１０　１．５００　０×ｌ　～一１．００００×ｌ　１．００００ｘ　ｌ０　～一５　００００×ｌ０　一应力是不考虑流固耦合效应时的２倍。这是由于考虑　地下水的影响后，拱底和拱顶ｍ现了拉应力增大，乐应　力也增大并且在拱顶上部一定范围内产生了一定程度　的应力集中。计算结果表明考虑流同耦合影响的情况　下，隧道周边围岩稳定性差。　４．３喷混凝土的应力　一５．０ｏ（）０ｘ　１０　～０００００　０．Ｏｏ０　０—５．（）００　０　ｘ　ｌ　５．Ｏｏ００ｘ　ｌ０　一１．００００×ｌ　１　０００　０×１０　—１．５０００×ｌ０　１．５Ｏ０　０　ｘ　ｌ　～２．００００　ｘ　ｌ０　２　０ｏ００×１０　～２．４０９　６×ｌ　单位：ＭＰａ　计算模型隧道挖通后中间断面喷混凝土层的第一　主应力和第三主应力分布见图１　１一图ｌ４。　图８耦合情况下竖向应力分布　２６　市政公用建设　Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ　ａｎｄ　Ｐｕｂｌｉｃ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　朱亚坤：某隧道流同耦合分析　第２６卷第３期　—一１．８ｏ０　０　ｘ　此可见，在施Ｔ过程中必须注意墙角部位喷混凝土层　的是否会出现压坏现象，另外还要注意隧道仰拱中部　喷混凝土是否ｍ现拉开裂缝。如果发现有裂缝，及时补　强，保证隧道施．［安全。计算结果表明考虑流固耦合影　响的情况下，初支受力提高明显，拉应力由０．０１７　ＭＰａ增　力口至０　１．１６　ＭＰａ，压应力南１．８　ＭＰａ增力Ⅱ至０　５　ＭＰａ。　ｌ　０　－、　～　１．８０６　５ｘ　０　～一ｌ　６Ｏ００×　～一１．４ｏ０　０　ｘ　Ｏ　～一ｌ　２ｏｏ０×　０　—一１．ｏ０００×　０　～一８．（）（）（）０　０　～６　０００　０　ｘ　０　一４０Ｏ００×　０　～２（）（）００×　０　～～５．３６３　５　４．４隧道二次衬砌受力　计算模型中间断面隧道二次衬砌在模型开挖完成　后的主应力分布见图ｌ５一图１８。　０　Ｏ　Ｏ　Ｏ　０　Ｏ　Ｏ　、　慝　０　～一３（Ｍ）０　０　ｘ　ｌ０　０　２　５０００　ｘｌＯ　）０×ｌ　０　—一２　０　～一１．５ｏ００　ｘ　１０　０　—一ｌ　０００　０×ｌ０　０　，　ｌ　１、…●－ｆＩ　ｖ　ｌ　一１．０３８　９×ｌ０６～－１　０００　０　ｘ　１０　１．【ｘＭ】０×１　８．００００　ｘ　ｌ０　８　０００　０×ｌ０　６　００００×Ｊ０　一６００００×ｌ０　～０．（州）０ｘ　ｌ０　－４　００００　ｘ　１０　２（ｍ　０×１０　２　００００×ｌＯ　～Ｏ．（）Ｏ０　Ｏ　０００００～２．ｏ（ｍ　０×ｌ０　２．ｏｏ０　０×１０　～３．００９　９　ｘ　ｌ【】　单位：ＭＰａ　图１　５非耦合情况下二衬最小主应力　－一３　ｇ７２　８　ｘ　１　—～３　５∞０×ｌ０　３．５（）（）０×ｌ　—一３．【ｘｘ】０×ｌ０　３．（）ｆ）ｏ　０　ｘ　ｌ０　～一２　５（）００　ｘ　ｌ　２．５Ｉ　ｘ】０　ｘ　Ｊ０　—一２．００００　ｘ　Ｉ（）＝＾　２　０ｏｏ０×１０　一１．５ＯＯ　０×ｌＯ　ｌ　５００　０　ｘ　ｌ０“—一ｌ　００００　ｘ　ｌ　Ｉ．０００　０　ｘ　１０“—一５．（）｛）ｏ０　ｘ　１０　５．０００　０　ｘ　１０　～０．０００　０　０．００００—５．（Ｘｘ）０　ｘ　ｌ０’　５．０００　０　ｘ　ｌ０’～１．ｆ××）０ｘ　ｌ　ｌ（）Ｏ０　０×】０　～】．５０｛）０×ｌ０　１．５（）０　０　ｘ　ｌ０　～１．６ｌ２　１　ｘ　ｌＩ）６　■ｈ　．　一５　００００×１　－（）４～０．（）（）００　．７６４　２　ｘ　ｌ　ｏ４　ｒ　ｕｎ¨　单位：ＭＰａ　单位：ＭＰａ　图１　３非耦合情况下初支最大主应力　一图１　６耦合情况下二衬最小主应力　－５．０６８　２　ｘ　１Ｏ　一－４．　）ｏ　０×ｌ　４．０００（）×１０　～２　ｏ００　０　ｘ　ｌ０’　－３．４３０　３　ｘ　１０　—一３　Ｍ】０　ｘ　ｌ０　３．００００ｘ　ｌ０　一一２　５０００×１Ｏ’　２．５０００　ｘ　ｌＯ　一２　０００　０×１０　２．０ｏ００×１０　—一１．５《Ⅺ０×１０　１　５０００×１　～１　０００　０ｘ１０　－２【ｗｌ００ｘ　１０　～０．Ｏｔ）００　０　０００　０—２．００００ｘ　１０　２　００００×ｌ０　一４．００００　ｘ　ｌ０　－４０００（）×１０　～６　（啪０　ｘ　１Ｏ　６．０Ｏ００ｘ　１０　一８．Ｏｏ０　０　ｘ　ｌ０　８．０（）ｏ０×ｌ０　～１．Ｏｏ０　０　ｘ　１　ｌ　００００ｘ　１０　５　００００　ｘ　ｌ【ｒ　５．（）ｆ）０　０　ｘ　ｌ０　～０．（　：）（）０　ｌ　０（砌０　ｘ　ｌ０　～１．１６０　９×ｌ０　０．００００～１．７６４　２×ｌ０　单位：ＭＰａ　单位：ＭＰａ　图１４耦合情况下初支最大主应力　图１７非耦合情况下二衬最大主应力　＿２，３５６　１　ｘ　１０　２．５００　０×１０　－２．５００　０　ｘ　１０　５．０００　０ｘ　１０　＿５．００００　ｘ　ｌ０’～７　５００　０×１０　＿７．５０００ｘ　１０　１．００（）（）ｘ　１０　Ｉｌ（｝（ｘ）（】ｘ　１　～Ｉ　２５００　ｘ　１【　】１．２５０　０　ｘ　ｌ０　～１．５００（）×Ｉ（１　１　５０００×１０　～１．７５００　ｘ　ｌ（　从图１Ｉ一图ｌ４可以看出，非耦合情况下，喷混凝　土层的应力主要表现为压应力，最大压应力出现在隧　道两侧墙角，最大值为１．８　ＭＰａ，小于Ｃ２０喷混凝土的　弯曲抗压强度ｌ９．４　ＭＰａ，喷混凝土层的最大拉应力出　现在隧道仰拱中部，最大值为０．０ｌ７　ＭＰａ；耦合情况下，　喷混凝土层的最大拉应力出现在隧道仰拱中部，最大　值为１．１６　ＭＰａ，仍小于Ｃ２０喷混凝土的抗拉强度１．７　ＭＰａ；最大压应力出现在隧道两侧墙角，最大值为５　ＭＰａ，小于Ｃ２０喷混凝土的弯曲抗压强度ｌ９．４　ＭＰａ。由　１．７５００　ｘ　１０６～２．０００　０　ｘ　１０　２（Ｍ）ｏ０×ｌ０　～２．２５００ｘ　１０　ｒ＿２．２５００×１０　～２．４６１　６×ｌ０　单位：ＭＰａ　图１　８耦合情况下二衬最大主应力　２７　市政公用建设　第２６卷第３期　天津建设科技　Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ　ａｎｄ　Ｐｕｂｌｉｃ　Ｃｏｎｓｌｒｕｃｌｉｏｕ　从图ｌ５一图Ｉ８可以看【叶Ｊ，非耦合情况下，二次衬　砌的最大拉应力　现在隧道两侧边墙内侧和仰拱位　置，最大拉应力为０．３　ＭＰａ，最大压应力出现在两侧墙　性区厚度小；方案二，考虑了渗流场与应力场的流固耦　ｒ　●Ｔ＝韭　合作用，塑性区急剧增大，比不考虑地下水渗流作用时　隧道围岩的塑性区大很多，这种情况下，隧道此断面处　０　０　Ｏ　０　０　０　２　４　６　８　０　角应集中部位，最大压应力值为１　ＭＰａ；耦合情况下，二　次衬砌的最大拉应力　现在隧道仰拱位置，最大拉应　力为２．４　ＭＰａ，最大压应力出现在两侧墙角应集中部位　和两侧拱腰外侧，最大压应力值为３．８　ＭＰａ。二种工况　的最大拉压应力均小于护喷混凝土的最大拉压应力。　计算结果表明考虑流同耦合影响的情况下，二衬受力　同岩的自稳性较差，开挖后应及时进行支护。考虑流固　耦合影响的情况下，隧道周边围岩稳定性差，按耦合条　件下的塑性区来考虑设计，更符合实际。　０　０　０　Ｏ　０　０　０　０　０　０　０　５结论　对于有地下水流作用的，特别是存在高地下水位　作用的河床底部地下隧洞的开挖将引起地下水的流　动，改变地下水渗流场的分布，从而对洞室的稳定性带　提高明显，拉应力由０．３　ＭＰａ增加到２．４　ＭＰａ，压应力由　１　ＭＰａ增加到３．８　ＭＰａ。　施做二次衬砌后，二次衬砌的受力显著，说明在软　弱嗣岩地层中，二次衬砌也是隧道的主要承载结构。　４．５渗流场结果分析　来影响，使得洞室周边的位移和衬砌支护的受力增加，　隧道同岩的塑性区增大很多，因此在有地下水作用地　区隧洞的开挖和支护，必须考虑地下水渗流作用的影　响，进行流固耦合分析，应设计合理的方案（拟采用帷　幕注浆堵水，降低周嗣嗣岩孑Ｌ隙水压力），以保持洞室　同岩的稳定和洞室施１二的安全，这样才能与Ｔ程实际　取耦合情况下的渗流场进行分析，由初始条件确　定，隧道开挖前同岩处于饱水状态，顶部地表为自由界　面，固定孔隙水压力为３００　ｋＰａ，左右边界和底部边界　不透水，因此，隧道开挖前围岩孑Ｌ隙水压力为静水压　力，见图１９。隧道开挖后，认为地下水在隧道开挖区域　的排水边界上为自由透水边界，围岩渗流场发生改变。　隧道做二次衬砌后同岩孑Ｌ隙水压力见图２０。　．情况相吻合，在结构设计研究中，应力场和渗流场的耦　合作用不容忽视。　口■　００００×ｌ０　Ｏ．（】（｝０　０—９．００００　ｘ　ｌ　０　～３．０ｏｏ　０　～５　０００　０　１．８ｏ００×ｌ０　～２．７０００　Ｘ　ｌ（）　３．６０００　ｘ　ｌ０　一４　５００　０×】０　５　４０００ｘ　ｌ０’～６．３ｏ００　Ｘ　ｌ　７．２Ｏ００×ｌ０　～８．ＩＯ０　０×ｌ０　９．Ｏ０００Ｘ　１０　～９．９０００　Ｘ　ｌｆｒ　０　～７．０００　０　０ｓ～９．００００　０　～１．１００　０　１．３ｏ００　一０　～１　５０００　０“～ｌ　７ｏｏ　０　０　～ｌ　９０００　２ｌ００　ｎ　～一１．０８００×１０　～ｌ　ｌ７００　ｘ　Ｉ（）ｆ　’Ｉ．２６０　０ｘ　１０　一１．３５００　Ｘ　ｌ０　■　参考文献：　【１１张有天．岩石水力学与【程【Ｍ】．北京：中国水利水电Ⅲ版辛ｆ：，　２００５．　１．４４０　０×１　—１．５３｛）（）×ｌ　１．６２０　０　ｘ　ｌ０　～Ｉ．７１０　０ｘ　ｌ０“　１．８ｏ００×ｌ０　～１．８８７　４　Ｘ　１（）Ｉ　２．１８６　５　图１９隧道开挖前　图２０隧道做二次衬砌后　【２】郑少河．裂隙岩体渗流损伤耦合模型的理论分析ｌＪＪ．岩石力学　与Ｔ程学报，２００１，２０（２）：１５６—１５９．　【３】王恩志．三维裂隙网络渗流数值模型研究【Ｊ】．Ｔ程力学．１９９７，　（Ｓ２）：５２０－５２５．　子Ｌ隙水压力　孔隙水压力　通过分析可以发现，考虑流固耦合未注浆堵水的　情况下，隧道开挖后，隧道闱岩周边渗流场发生明显的　变化，地下水发生了渗流，在隧道周围形成降水漏斗。　隧道同岩的孔隙水压力下降，然后上升，最后达到稳定　平衡状态，在保持衬砌排水的情况下，达到１．０　ＭＰａ左　右，衬砌外水压力较大，拟采用帷幕注浆堵水，降低隧　道周边围岩水压力；同时排水口处孑Ｌ隙水压力最小，地　口中图分类号：Ｕ４５１　口文献标识码：Ｃ　口文章编号：１　００８—３１　９７（２０１　６）０３—２４—０５　口ＤＯｌ编码：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８—３１９７．２０１６．０３．００９　下水流动矢量表明，隧道开挖后地下水在压力水头作　用下向开挖隧道内渗透，渗水多发部位主要集中在拱　脚和边墙处，这些部位是隧道防排水施Ｔ中的重点部　位，与实际较相符。　４．６塑性区分布　口收稿日期：２０１５—１２—２２　口作者简介：朱亚坤／男，１　９８４年出生，工程师，硕士，天津市地下　铁道集团有限公司，从事工程技术管理工作。　方案一，不考虑地下水渗流作用时隧道罔岩的塑　２８