地铁隧道开挖与失水引起地表沉降的数值分析

结合深圳地铁大—科区间隧道开挖与失水工程实例,根据有效应力分析方法,建立弹塑性渗流 应力耦合分析理论模型。采用VOF(VolumeofFluid)方法来跟踪非稳定渗流场的动态自由水面。开发相应的数值模拟分析程序,对实际隧道工程的动态开挖过程和失水过程进行仿真模拟,对失水过程中的不稳定渗流场进行详细分析,得出动态变化的地表沉降曲线。结果表明,计算值与现场测量值能够较好地吻合。     

基于流固耦合的海底隧道注浆圈渗流场影响分析

将存在裂隙的岩体视为等效连续介质,建立海底隧道稳定渗流分析计算模型,并对渗流场相关特性进行探讨;结合青岛胶州湾海底隧道工程计算注浆圈对渗流场影响.结果表明:海底隧道防排水应采取“以堵为主,限量排放”的原则;注浆圈堵水效果与其厚度相关,且注浆圈厚度与其渗透系数成正比.但当围岩渗透系数与注浆加固圈渗透系数之比大于100,且注浆圈厚度不小于10 m时,注浆圈渗透系数、注浆圈厚度对隧道涌水量均影响不大;隧道涌水量和控制排水量之差越大,衬砌外水压力越大;为减少涌水量,可以采用注浆圈封堵地下水渗流通道,衬砌外水压力将显著降低.当处于自由排水阶段时,衬砌不承担水压力,隧道涌水量与控制排水量相等.     

高水压隧道修建过程中渗流场变化规律试验研究

以圆梁山隧道毛坝向斜高水压地段为工程背景,自行研制高水压隧道渗流场试验装置系统,通过室内模型试验,分析隧道修建过程中渗流场的变化规律及作用在二衬背后的水压力作用系数。结果表明:围岩边界不透水时,初始渗流场为静水场,围岩边界透水时,初始渗流场为非静水场;隧道开挖后,水压力等值线是以隧道为中心的圆环形状,无注浆圈时在围岩内的分布较均匀,有5m注浆圈时,等值线在注浆圈内密度较大,在注浆圈外较稀疏;注浆的施作,明显减小了隧道内的排水量,增加了注浆圈外表面的水压力作用系数,注浆圈承担了较大的地下水压力;衬砌施作后,有注浆圈时,衬砌背后的水压力有明显的折减现象,在排水孔断面上的分布呈"葫芦"状,衬砌背后水压力作用系数最小,围岩内和注浆圈外表面的水压力作用系数几乎相同,衬砌背后的水压力在排水系统与水沟连通的位置处最小,在仰拱处较大,在其他位置分布较均匀;隧道排水比越大,衬砌背后的水压力作用系数越小。     

高水压隧道衬砌渗流-应力-损伤耦合模型研究

研究目的:富水区隧道衬砌由于长期处在高水压的环境中,衬砌的损伤受到渗流场的影响较为明显,由于渗流场作用而产生相应的应力场和损伤场的变化,衬砌损伤和应力的变化又对渗流场产生反作用,对衬砌结构的混凝土的渗流场、应力场及损伤场进行分析和研究;通过流固耦合来表达隧道衬砌损伤及演化过程,以提高对高水压隧道衬砌损伤表达的准确性和鲁棒性。研究结论:(1)可将混凝土损伤的宏观表达和细观变化统一起来,采用混凝土代表体积单元体作为承水压隧道衬砌流固耦合的研究对象;(2)建立高水压隧道衬砌渗流场、应力场和损伤场的流固耦合模型,采用迭代法可提高模型的可行性;(3)工程计算实例中通过比较是否考虑耦合的情况进行计算模拟衬砌损伤表达,得出流固耦合模型能够更客观的反映实际情况;(4)流固耦合模型能够应用于隧道健康监测及维护。     

库水位上升条件下滑坡体的渗流场及稳定性研究

以西藏俄米水电站坝址上游500 m处滑坡体为研究对象,针对库水位上升时滑坡体的变化,利用二维有限元模拟软件Geo-Studio中的SLOPE/W和SEEP/W模块来对滑坡体进行渗流运动数值模拟和稳定性分析。研究结果表明:随着库水位的上升,基岩的浸润线较滑体的浸润线滞后,且在2条浸润线交界面处出现明显的突变区,滑坡总水头等值线高于基岩;坡体内最大水平水力梯度分布在滑坡体与基岩的交界面,而滑坡体内的最大水平梯度分布在坡体表面并表现出由坡体表面向坡内水平水力梯度呈降低环;水平流速等值线在浸润线以下较稀疏,而在浸润线以上较密集,在滑坡体内由底部向上水平流速呈增大环;滑坡稳定性系数表现为先减小后增大,当库水位比水库初始地下水位高150 m时,稳定性系数最小。     

长江下游特拉锚垫防护结构下土质岸坡稳定性研究

玉带洲位于长江下游段,岸坡后方存在大型湖泊,坡后渗流问题较为严重。为确保岸坡安全,提高岸坡整体稳定性,减少水土流失量,需要对岸坡进行合理的防护处理。通过物理模型分别模拟岸坡在特拉锚垫防护结构、裸土段的渗流情况进行对比试验,设置若干观测点,运用MATLAB软件绘制岸坡渗流前后三维地形图,观测岸坡设置点的位移情况。结果表明,渗流后有特拉锚垫防护结构的观测点最大位移量为2 cm,裸土段最大位移量为5.1 cm;特拉锚垫段渗流前后的地形图趋于吻合,说明特拉锚垫对于坡后渗流有较好的防护效果。     

泡沫铝合金成型工艺的试验研究

选择食盐粒子作为填料进行正交试验，系统研究了模温、粒子预热温度和铝液浇注温度对渗流铸造泡沫铝合金成型工艺的影响，并对试验结果作了理论分析。合理选择三种不同温度是生产泡沫铝的前提，有效的充型压力才能保证有完整的泡沫铝成型。     

桩锚复合支护深基坑变形的流固耦合分析

深基坑开挖降水过程中,坑内外压力差可能引起严重的工程事故。通过有限元软件MIDAS/GTS,采用渗流应力耦合理论及摩尔库伦模型,结合某桩锚复合支护深基坑工程实例建立三维有限元模型分析了该深基坑工程的变形情况,并与不考虑耦合的基坑变形情况进行对比,主要包括锚杆轴力图、桩剪力图与弯矩图、基坑地表沉降、坑底回弹、侧向位移等。结果表明:在两种不同的有限元模拟条件下基坑变形形态基本一致;总的来说,流固耦合分析引起的基坑变形小于不考虑耦合分析的基坑变形,支护结构的受力变形也较小,更接近实际情况。考虑地下水流固耦合分析对基坑变形的影响不容忽视,对实际工程的设计优化有一定的参考意义。     

基于多孔介质理论的高速公路中央分隔带雨水渗流规律研究

水损坏病害是高速公路沥青路面常见病害之一,其中雨水通过中央分隔带渗透至路面结构是引起水损坏的重要原因。建立高速公路沥青路面中央分隔带雨水渗流模型,模拟了不同降雨强度和不同时间下中央分隔带及路面结构中雨水渗流状况,分析中央分隔带雨水渗流影响深度和广度,提出了中央分隔带排水设计方案。结果表明,中央分隔带雨水渗流集中区域横向位于内侧行车道,深度方向主要位于面层至底基层范围内。     

不同降雨模式下土质路基边坡渗流场研究

研究目的:降雨是路基边坡失稳最主要的影响因素,其中降雨模式是主要的影响参数之一。本文基于二维饱和-非饱和渗流理论,利用数值计算的方法对后峰型、均布型、中峰型和前峰型4种降雨模式下路基边坡渗流场的变化规律进行研究。研究结论:(1)降雨强度和降雨持时对路肩处最大孔隙水压力umax和最大饱和深度Hsmax均影响显著;(2)渗透系数ks对Hsmax的影响存在一个敏感区,在敏感区之内,增加ks才能有效减小Hsmax和路基表层孔隙水压力,ks太小或太大均对路基稳定性不利;(3)中峰型和前峰型降雨模式下,路基边坡稳定性最不利时段受渗透系数影响显著,ks在敏感区之内和敏感区域之外较小一侧时,此时间段起点不受渗透系数影响,只与降雨模式有关,此时间段终点随ks的增大而提前;(4)后峰型降雨模式下路基边坡的稳定性最差,前峰型降雨模式下路基边坡的稳定性最好;(5)本文研究成果可为路基边坡防护与加固方案设计提供依据。