任意埋深下排水系统非对称堵塞 隧道渗流场的解析研究
2024-12-25 10:12:30
iGeo
基于目前未见对任意埋深情况下排水系统非对称堵塞隧道渗流场的解析研究，结合保角变换和分离变量法2种方 法，推导出任意埋深情况下排水系统非对称堵塞后隧道渗流场的显式解析解，并利用正交性对解析解中的未知数进行求 解，首次提出可以适用于浅埋隧道排水系统非对称堵塞后渗流场的显式解析解。该解析解经试算后发现，当级数项数N≥20 时，解析解计算结果收敛程度已经很好，且在改变工程参数时仅需要对输入值进行调整，计算耗时远小于需要重新建模和 划分网格的数值软件。深埋隧道算例和浅埋隧道算例情况下，分别将解析解水头和水压力计算结果与有限元软件计算结果 进行对比，发现解析解计算结果与有限元软件均吻合很好，验证了解析解的正确性，说明解析解可以准确地预测任意埋深 情况下隧道发生非对称堵塞时隧道周围渗流场情况。对不同埋深、不同地表水头情况下的隧道周围渗流场、衬砌水压力和 渗流量进行分析，发现随着隧道埋深的增大，隧道周围总水头明显降低，而距离隧道较远位置的水头变化较小，隧道衬砌 水压力逐渐增大，且最大衬砌水压力出现在隧道排水系统被堵塞一侧衬砌的中心，渗流量则会先减小后增大；随着地表水 头的增大，总水头线分布情况一致，但水头线对应的水头值随着地表水头的增大会相应增大，隧道衬砌水压力和渗流量均 逐渐增大，且渗流量最小值所对应的隧道埋深也会逐渐增大。