基于渗漏水的隧道渗流场有限差分法分析
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铁
道
勘
察
２ ０ １ ４年第 １期
文章编 号 ： １ ６ ７ ２—７ ４ ７ ９ （ ２ ０ １ ４ ） ０ １ —０ ０ ３ ６—０ ３
基 于渗 漏 水 的 隧道 渗 流 场 有 限差分 法分 析
豆 海 涛
（ 中铁第 四勘察设计院集团有限公司 ，湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ ６ ３ ）
４ 结 论 和 建 议
本 研究 中三 轴法 做 出来 的 值 有 一定 的规律 性 ， 基本 符 合 粉 土 、 粉 质 黏 土、 黏 土 经 验 值 的 变 化； 与 Ｓ Ｌ ２ ３ ９ － １ ９ ９ ９中的 测 定 法 做 出来 的数 据 基 本 一 致 ， 甚 至更 接近 土 的经验 值 。坚硬 状态 的黏 土与 经验 值相 差 较多 ， 考 虑为 土质 较硬 ， 制件 成 型尺寸 不规 范和 饱和 后 样 品端部 有扰 动 现象 造 成 ， 试 验 中应 该 严格 控 制 制
件 尺 寸和避 免饱 和 时扰动 试件 。
经验值 ， 而 且大 大缩 短 了试 验 时间 ， 提高 了试 验效 率 。
参 考 文 献
［ １ ］ 国家质 量技 术 监督 局 ， 中华 人 民共 和 国建 设 部 ， Ｇ Ｂ ／ Ｔ ５ ０ １ ２ ３ － １ ９ ９ ９ 土工试验方法标准 ［ Ｓ ］ ． 北京 ： 中国计划 出版社 ， １ ９ ９ ９ ［ ２ ］ 中华人民共和国水 利部 ． Ｓ Ｌ ２ ３ ７ －１ ９ ９ ９ 土工试验规程 ［ Ｓ ］ ． 北京 ： 中国水利水电出版社 ， １ ９ ９ ９ ［ ３ ］ 中华人民共 和国铁道 部． Ｔ Ｂ １ ０ １ ０ ２ －２ ０ １ ０ 铁路 工程土 工试验 规 程［ Ｓ ］ ． 北京 ： 中国铁道 出版社 ， ２ ０ １ ０
排 水原 则 … 开 始 被 提 出 ， 并逐渐得 到广泛应用 ， 已成 为隧道 工程 界 的主流认 识 。 山岭隧 道是 在岩 体 中建造
的， 其穿 越 的岩体 多数 为 裂 隙 型 和裂 隙岩 溶 型 。 围绕 裂 隙岩 体 渗 流 ， 国 内外 学 者 １ 进 行 了 大 量 的研 究 。 而衬砌 材料 （ 如混 凝 土 ） 具 有 一 定渗 透 性 时 ， 隧 道衬 砌 和 围岩结合 紧密 ， 可 以认 为 ， 地 下水 的渗 流运 动是 连续 容易掌 握 ， 不仅适 用 于科 研 也 能 满 足生 产 需 要 。通 过
通 过对 试验 数据 的总 结 和 分 析 ， 得 出了 三轴 法 测 定 土 的静止 侧压 力 系数试 验 的方法 ， 该方 法操 作 简单 ，
［ ４ ］ 常士骠 ， 张苏民． 工程地质 手册 （ 第 四版 ） ［ Ｍ］ ． 北京 ： 中 国建筑 工
、 世出版 社 ， ２ ０ ｏ ７
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２ ０ １ ４年第 １期
隙水压 力略 有减 小 ； 但 是 明显呈 现不对 称 分布 。
表１ 各工况下衬砌外侧最大孔 隙水压 力值 Ｐ ａ
表 ５ 各部位渗漏时衬砌最大隆起变形
ｍ
wenku.baidu.com
塑塑墨 堕塑童
１ ０ ｎ ｌ １ ５Ｉ ｎ
堕 塑
２ ０ｉ ｎ
渗 漏水 位置 影 响因素 ： 衬砌 背后 水压 力较 小 ， 渗 漏 水发 生在拱 顶 时衬砌 最大 沉 降 变形 （ 沉 降） 最 大， 其 次
数据 对 比 ， 本 研 究 中 的三轴 法 与 Ｓ Ｉ ２ ３ ９—１ ９ ９ ９中 的 测定 法都 能 够 测定 土 的 值 ， 但 前 者 更 接 近 土 的
往“ 以排 为 主 ” 的修建 原则 ， 大 量 排 水造 成 部 分 隧道 地
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３一ｌ ｌ 一 ２ ７ 作者简介 ： 豆海涛 （ １ ９ ８ ３ 一） ， 男， 工程师 ， Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ５ ０ ３ ４ ３ ４ １ ６ ５ ＠ｑ ｑ ． ｃ ｏ ｎ。 ｒ
围环境 ， 另 一方 面影 响 行 车 和 洞 内设 施 安 全 。 由于 以
表 井泉 干枯 、 工农 业 生 产 生活 用 水 缺 失 、 地表沉降 、 岩
溶塌陷、 水 土流失 、 土壤 沙化 等 系列环 境 问题 ， 所以
“ 限量排 放 ” 、 “ 以堵 为 主 ” 、 “ 控制排放” 等 新 的 隧道 防
而且结构 出现不对称的 内力及参数响应 ， 分析结果可为渗漏水病 害条件下隧道 结构安全评估提供 判断
基础 。
关 键 词 隧道衬 砌
渗 漏水
渗 流场 有 限差分 法
文献 标识 码 ： Ａ
Ｆ Ｌ Ａ Ｃ 如
中 图分 类号 ：Ｕ ４ ５ ９ ． ５
近几年 来 ， 随着 国家加 强对 基础 设施 建设 的投 入 ， 我 国已成为 世界 上隧 道工 程数 量最 多 、 最 复杂 、 发 展最 快 的 国家 。经过 多年 运 营 ， 早 期 修 建 的 隧道 经 常 出现 多 种病 害 ， 其 中渗漏水 是最 为普 遍 的一种 病 害 ， 在 隧道 界 常有 “ 十洞 九漏 ” 的说 法 ， 一 方 面 危 害 隧道结 构 和周
Ｄ０Ｕ Ｈａ ｉ ｔ ａ ｏ
摘
要
建立 Ｆ Ｌ Ａ Ｃ 如有 限差分计 算模 型 ， 模 拟 隧道 围岩 、 地下水、 初 期 支护 和二 次衬砌 ， 探 讨 在 不
同的渗 漏水位 置和地 下 水位 条件 下 隧道 衬砌 结构 的各 种 内力及 参数 响应 。数 值模 拟 计 算 结 果 显 示 ： 当 水压 力较 小 时 ， 拱项 渗 漏水对 结构 影响 最 大 ； ＂ ３水压 － 力逐渐 增 大时 ， 拱腰 渗 漏水 对 结构 的影响逐 渐 显现 ，
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基 于渗 漏 水 的 隧道 渗 流 场 有 限差分 法分 析
豆 海 涛
（ 中铁第 四勘察设计院集团有限公司 ，湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ ６ ３ ）
４ 结 论 和 建 议
本 研究 中三 轴法 做 出来 的 值 有 一定 的规律 性 ， 基本 符 合 粉 土 、 粉 质 黏 土、 黏 土 经 验 值 的 变 化； 与 Ｓ Ｌ ２ ３ ９ － １ ９ ９ ９中的 测 定 法 做 出来 的数 据 基 本 一 致 ， 甚 至更 接近 土 的经验 值 。坚硬 状态 的黏 土与 经验 值相 差 较多 ， 考 虑为 土质 较硬 ， 制件 成 型尺寸 不规 范和 饱和 后 样 品端部 有扰 动 现象 造 成 ， 试 验 中应 该 严格 控 制 制
件 尺 寸和避 免饱 和 时扰动 试件 。
经验值 ， 而 且大 大缩 短 了试 验 时间 ， 提高 了试 验效 率 。
参 考 文 献
［ １ ］ 国家质 量技 术 监督 局 ， 中华 人 民共 和 国建 设 部 ， Ｇ Ｂ ／ Ｔ ５ ０ １ ２ ３ － １ ９ ９ ９ 土工试验方法标准 ［ Ｓ ］ ． 北京 ： 中国计划 出版社 ， １ ９ ９ ９ ［ ２ ］ 中华人民共和国水 利部 ． Ｓ Ｌ ２ ３ ７ －１ ９ ９ ９ 土工试验规程 ［ Ｓ ］ ． 北京 ： 中国水利水电出版社 ， １ ９ ９ ９ ［ ３ ］ 中华人民共 和国铁道 部． Ｔ Ｂ １ ０ １ ０ ２ －２ ０ １ ０ 铁路 工程土 工试验 规 程［ Ｓ ］ ． 北京 ： 中国铁道 出版社 ， ２ ０ １ ０
排 水原 则 … 开 始 被 提 出 ， 并逐渐得 到广泛应用 ， 已成 为隧道 工程 界 的主流认 识 。 山岭隧 道是 在岩 体 中建造
的， 其穿 越 的岩体 多数 为 裂 隙 型 和裂 隙岩 溶 型 。 围绕 裂 隙岩 体 渗 流 ， 国 内外 学 者 １ 进 行 了 大 量 的研 究 。 而衬砌 材料 （ 如混 凝 土 ） 具 有 一 定渗 透 性 时 ， 隧 道衬 砌 和 围岩结合 紧密 ， 可 以认 为 ， 地 下水 的渗 流运 动是 连续 容易掌 握 ， 不仅适 用 于科 研 也 能 满 足生 产 需 要 。通 过
通 过对 试验 数据 的总 结 和 分 析 ， 得 出了 三轴 法 测 定 土 的静止 侧压 力 系数试 验 的方法 ， 该方 法操 作 简单 ，
［ ４ ］ 常士骠 ， 张苏民． 工程地质 手册 （ 第 四版 ） ［ Ｍ］ ． 北京 ： 中 国建筑 工
、 世出版 社 ， ２ ０ ｏ ７
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２ ０ １ ４年第 １期
隙水压 力略 有减 小 ； 但 是 明显呈 现不对 称 分布 。
表１ 各工况下衬砌外侧最大孔 隙水压 力值 Ｐ ａ
表 ５ 各部位渗漏时衬砌最大隆起变形
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１ ０ ｎ ｌ １ ５Ｉ ｎ
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渗 漏水 位置 影 响因素 ： 衬砌 背后 水压 力较 小 ， 渗 漏 水发 生在拱 顶 时衬砌 最大 沉 降 变形 （ 沉 降） 最 大， 其 次
数据 对 比 ， 本 研 究 中 的三轴 法 与 Ｓ Ｉ ２ ３ ９—１ ９ ９ ９中 的 测定 法都 能 够 测定 土 的 值 ， 但 前 者 更 接 近 土 的
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收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３一ｌ ｌ 一 ２ ７ 作者简介 ： 豆海涛 （ １ ９ ８ ３ 一） ， 男， 工程师 ， Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ５ ０ ３ ４ ３ ４ １ ６ ５ ＠ｑ ｑ ． ｃ ｏ ｎ。 ｒ
围环境 ， 另 一方 面影 响 行 车 和 洞 内设 施 安 全 。 由于 以
表 井泉 干枯 、 工农 业 生 产 生活 用 水 缺 失 、 地表沉降 、 岩
溶塌陷、 水 土流失 、 土壤 沙化 等 系列环 境 问题 ， 所以
“ 限量排 放 ” 、 “ 以堵 为 主 ” 、 “ 控制排放” 等 新 的 隧道 防
而且结构 出现不对称的 内力及参数响应 ， 分析结果可为渗漏水病 害条件下隧道 结构安全评估提供 判断
基础 。
关 键 词 隧道衬 砌
渗 漏水
渗 流场 有 限差分 法
文献 标识 码 ： Ａ
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近几年 来 ， 随着 国家加 强对 基础 设施 建设 的投 入 ， 我 国已成为 世界 上隧 道工 程数 量最 多 、 最 复杂 、 发 展最 快 的 国家 。经过 多年 运 营 ， 早 期 修 建 的 隧道 经 常 出现 多 种病 害 ， 其 中渗漏水 是最 为普 遍 的一种 病 害 ， 在 隧道 界 常有 “ 十洞 九漏 ” 的说 法 ， 一 方 面 危 害 隧道结 构 和周
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要
建立 Ｆ Ｌ Ａ Ｃ 如有 限差分计 算模 型 ， 模 拟 隧道 围岩 、 地下水、 初 期 支护 和二 次衬砌 ， 探 讨 在 不
同的渗 漏水位 置和地 下 水位 条件 下 隧道 衬砌 结构 的各 种 内力及 参数 响应 。数 值模 拟 计 算 结 果 显 示 ： 当 水压 力较 小 时 ， 拱项 渗 漏水对 结构 影响 最 大 ； ＂ ３水压 － 力逐渐 增 大时 ， 拱腰 渗 漏水 对 结构 的影响逐 渐 显现 ，
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