隧道围岩流固耦合效应与稳定性研究

【摘要】隧道围岩赋存于一定的地质环境中，在地质历史过程中，受到过多次地质构造运动，导致围岩体中节理裂隙等结构面发育，再加上应力场和渗流场等物理场以及人类活动的共同作用，使得隧道围岩的稳定性分析十分困难。所以，隧道稳定性研究一直是岩土工程众多问题中的重点和难点，尤其是稳定性评价、变形控制、变形预测及防水措施等方面的研究备受人们重视。流固耦合作用是一个十分复杂的问题，这主要表现在两方面：一方面岩土体在应力场和渗流场的作用下会随时间和空间变化；另一方面流固场耦合作用又是两个物理场相互作用和影响的动态变化过程，再加上岩土体在形成过程中，因地质构造及人类活动影响，呈现出结构的不连续性特征，使得岩土体在力学性能和渗透性方面表现出复杂性和不确定性。因此，随着发展与认识的不断提高，对隧道稳定性的研究已然逐渐从单物理场向多物理场耦合方向转化。本文以张涿高速公路南安庄隧道工程为依托，利用COMSOLMultiphysics数值分析软件，对隧道围岩在应力场、渗流场和流固耦合作用下的应力分布规律、位移、渗流特征进行分析，并在此基础之上，对隧道围岩变形控制、变形预测以及对防水措施等方面提出建议，主要研究成果如下：（1）对隧道分别在应力场和渗流场作用下进行数值模拟，分析研究隧道围岩应力分布特征与变化规律、洞周位移变形及渗流场特征，尤其是隧道关键部位的应力和位移。（2）对隧道在流固耦合作用下进行数值模拟，分析隧道围岩和关键部位的应力分布特征与变化规律、洞周位移变形及渗流场特征，并研究左右隧道开挖的相互影响规律，同时，与单场下的应力、位移和渗流作对比研究，为隧道变形控制及防水提供参考。（3）根据隧道围岩的流固耦合数值分析结果，对隧道围岩的衬砌支护结构，防水材料的选取、布置位置和间距等方面提出了建议。（4）利用现场隧道围岩的变形监测资料，借助MATLAB软件，建立了隧道围岩的变形预测模型，为未来隧道围岩变形预测提供了途径。
【作者】舒宗运；
【导师】慎乃齐；
【作者基本信息】中国地质大学（北京），岩土工程，2014，硕士
【关键词】流固耦合效应；稳定性分析；变形控制；变形预测；防水措施；

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