基于流固耦合的富水软岩地层隧道排水方案研究

第13卷第2期2015年4月南水北调与水利科技South-to-NorthWaterTransfersandWaterScience&TechnologyV01．13No．2Apr．2015DOI：10．13476／j．cnki．nsbdqk．2015．02．034基于流固耦合的富水软岩地层隧道排水方案研究赖金星，樊浩博，申爱军(1．长安大学公路学院，西安710064；2．宁夏路桥工程股份有限公司，银川750004)摘要：为研究富水软岩隧道最优排水方案，以甘肃省道$304线关山隧道为研究对象，基于流固耦合分析理论，建立了应力场和渗流场作用下的隧道开挖模型。借助SoilWorks有限元软件对隧道全排水、全封堵及堵水限排三种施工方案进行了模拟，并对孔隙水压力及水位线、位移场及应力场、围岩塑性区的分布规律进行了研究。结果表明：富水软岩隧道开挖时，采用堵水限排方案可以有效减小对地下水位的影响，经济效益显著；三种施工方案中，堵水限排方案隧道的拱顶沉降、隧底隆起以及地表下沉量最小，但围岩的应力最大，仰拱最大拉应力为全排水方案的2．2倍；全排水方案与全封堵方案围岩塑性区主要产生在仰拱，堵水限排方案围岩塑性区主要产生在边墙两侧，塑性区的范围较小。研究结果可为富水软岩地层同类工程排水方案的确定提供借鉴。关键词：富水软岩隧道；排水方案；SoilWorks；流固耦合；堵水限排方案中图分类号：U455文献标志码：A文章编号：1672—1683(2015)02—0349—05Studyonthedrainageschemeofwater-richsoftrocktunnelbasedonsolid-fluidcouplingLAIJin-xing，FANHao-bo，SHENAi-jun2(1．SchoolofHighuczy，Chang'anUniversity，Xi'an710064，China；2．NingxiaHighwayandBridgeCorporation，Yinchuan750004，China)Abstract：InordertOdeterminethebestdrainageschemeofwater-richsoftrocktunnel，theexcavationmodelsoftheGuanshantunnelinGansuProvincewereestablishedunderstressandseepagefieldsbasedonthecouplingtheoryoffluidandsolid．Thecompletedrainagescheme，non-drainagescheme，andcontrolleddrainageschemewereanalyzedusingthefiniteelementanalysissoftwareSoilWorks．Thedistributioncharacteristicsofporewaterpressureandwaterlevel，tunneldisplacementandstress，andplasticzoneofsurroundingrockwerestudied．Theresultsshowedthatthecontrolleddrainageschemecanreducetheeffecttoundergroundwaterduringthetunnelexcavation；forthecontrolleddrainagescheme，theamountsofcrownsettlement，invertup—lift，andgroundsettlementarethesmallestwhilethesurroundingrockstressisthelargest，andtheinvertmaximumtensionstressforthecontrolleddrainageschemeis2．2timesofthatforthecompletedrainagescheme；andtherockplasticzoneismainlydistributedintheinvertareaforthecompletedrainageschemeandnon-drainagescheme，andinthesidewallforthecon—trolleddrainagescheme．Theresultscanprovidereferencefortheselectionofdrainageschemeofwater-richsoftrocktunne1．Keywords：water-richsoftrocktunnel；drainagescheme；SoilWorks；sol