富水黄土隧道施工过程围岩水分迁移规律研究

作     者：来弘鹏 谭智鹏 孙玉坤 黄鹏志 LAI Hong-peng;TAN Zhi-peng;SUN Yu-kun;HUANG Peng-zhi

作者机构：长安大学公路学院陕西西安710064 广州市市政工程设计研究总院有限公司广东广州510000 

出 版 物：《中国公路学报》 (China Journal of Highway and Transport)

年 卷 期：2023年第36卷第1期

页      面：150-161页

核心收录：

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(51978064,51908051) 中国铁路总公司科技研究开发计划项目(2017G007-G) 

主　　题：隧道工程 水分迁移 数值分析 软塑黄土 现场试验 流固耦合 

摘      要：为了给富水黄土隧道施工提供指导,依托银西高铁上阁村隧道,通过现场监测得到典型断面上覆软塑黄土层隧道水分迁移的基本规律;通过室内试验建立了围岩孔隙比与围岩渗透系数、围岩含水率与围岩强度的关系式,利用FLAC^(3D)内嵌的FISH语言进行相应编程,对土体单元赋予动态渗透系数,实现了流固耦合作用下的隧道开挖模拟,并结合现场监测数据验证了该数值模拟的可靠性,最后基于16种工况的模拟结果,揭示了上覆软塑黄土层距隧道拱顶不同距离下隧道开挖卸载过程中围岩水分迁移规律。结果表明:在开挖扰动下隧道上覆软塑黄土层中水分由黄土层底部向隧道临空面迁移,最终累积于隧道底部,且水分迁移始于掌子面开挖,滞后于初支封闭;当拱顶与软塑黄土层底部距离0 m≤h≤4 m时(h为隧道拱顶与软塑黄土层底部间距),位置水头和压力水头的变化引起洞周水分迁移,水分迁移速度快、迁移量大,隧道仰拱封闭前,水分易侵入临空面;当5 m≤h≤8 m时,位置水头的变化引起洞周水分迁移,水分迁移速度慢、迁移量小;当h8 m时,无明显水分迁移;当0 mh≤4 m时,各部位含水率稳定值均较高,仰拱及拱脚约为28%,拱腰及拱顶约为25%,含水率呈上小下大分布;当4 mh8 m时,随着h增加,各部位土体含水率稳定值开始减小;当h≥8 m时,随着h增加,各部位含水率稳定值基本相同且保持不变。