考慮流固耦合的水下隧道力學(xué)特性研究.pdf

1、近年來，我國在鐵路及公路工程的建設(shè)中修建了大量的水下隧道，截止2013年底，我國已建成各類水下隧道總長達(dá)1萬多公里。在水下隧道的建設(shè)中，最小覆蓋層厚度對(duì)隧道工程施工方法、工程造價(jià)及工程穩(wěn)定性等具有重要影響。本文以蘭州市軌道交通1號(hào)線迎門灘～馬灘區(qū)間穿越黃河（穿黃）隧道工程為背景，通過數(shù)值計(jì)算及經(jīng)驗(yàn)公式估算并結(jié)合工程實(shí)際，確定了該工程的最小覆蓋層厚度，在此基礎(chǔ)上，模擬分析了該工程的應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)和滲流場(chǎng)的分布規(guī)律及特性，主要研究成果包括：

2、
　　(1)采用日本海底隧道經(jīng)驗(yàn)公式、挪威經(jīng)驗(yàn)曲線及國內(nèi)頂水采煤經(jīng)驗(yàn)公式，分別計(jì)算了蘭州市軌道交通1號(hào)線穿黃隧道的最小覆蓋層厚度；建立了有限元分析模型，模擬分析了覆蓋層厚度分別為18.1m、19.1m、20.1m、21.1m、22.1m、23.1m和24.1m7種工況下的隧道滲流場(chǎng)分布特性，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實(shí)際，確定了穿黃隧道的最小覆蓋層厚度為22.1m。
　　(2)建立了流固耦合的有限元分析模型，模擬分析了穿黃隧道的滲

3、流場(chǎng)、位移場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的分布規(guī)律。研究結(jié)果表明：①滲流場(chǎng)方面：隧道開挖前，孔隙水壓力從上至下依次增大呈層狀分布，開挖后孔隙水壓力從上到下依次增大呈漏斗狀分布，并隨開挖進(jìn)尺的增大孔隙水壓力逐漸減小。②位移場(chǎng)方面：隨著隧道開挖進(jìn)尺的不斷推進(jìn)，水平位移及豎向位移增量不斷減小并逐漸趨于穩(wěn)定，總體來看，各關(guān)鍵點(diǎn)的水平位移和豎向位移值都比較小。③應(yīng)力場(chǎng)方面：隧道開挖前，豎向有效應(yīng)力和水平向有效應(yīng)力都呈左右對(duì)稱分布；隧道開挖后，洞室周圍豎向有效應(yīng)力最大

4、值區(qū)域分布在拱頂上方；左右拱腰和拱頂處水平有效應(yīng)力值最大，隨著開挖進(jìn)尺的增大，最大值分布區(qū)域逐漸減小。
　　(3)選擇盾構(gòu)管片在拱頂、左右拱腰及拱底處的4個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，對(duì)隧道力學(xué)特性進(jìn)行分析研究，研究結(jié)果表明：①各關(guān)鍵點(diǎn)的豎向位移隨開挖進(jìn)尺增大而增大；拱頂處關(guān)鍵點(diǎn)豎向位移最大，左右拱腰處關(guān)鍵點(diǎn)豎向位移最??；②各關(guān)鍵點(diǎn)的水平位移隨開挖進(jìn)尺增大而增大；左右拱腰處關(guān)鍵點(diǎn)水平位移最大，呈左右對(duì)稱分布，拱底處關(guān)鍵點(diǎn)水平位移最??；③各關(guān)鍵點(diǎn)豎向有