岩溶隧道渗流场对孔隙水压的影响及处治措施研究

按照表4.2所列工况一和工况六，通过在隧道不同位置分别布置不同距离（距离分别为1 m、3 m、5 m、7 m、9 m）的充水溶洞，考虑围岩渗流场作用计算隧道围岩中的孔隙水压变化情况，根据数值模拟计算结果得到隧道围岩各测点孔隙水压随充水溶洞分布距离的变化规律，如图4.23所示。

图4.23　渗流场作用下隧道围岩孔隙水压随充水溶洞分布距离的变化规律(www.xing528.com)

由图可知：当溶洞位于拱顶上方时[图4.23（a）]，以拱顶处的孔隙水压力最大，其次依次为左拱脚的孔隙水压力、右拱脚的孔隙水压力、右拱腰的孔隙水压力、拱底的孔隙水压力、左拱腰的孔隙水压力、左拱肩的孔隙水压力、右拱肩的孔隙水压力。其中：左拱肩的孔隙水压力、拱顶的孔隙水压力随充水溶洞与隧道间距离增大而减小；右拱肩的孔隙水压力、左右拱腰的孔隙水压力、左右拱脚的孔隙水压力、拱底的孔隙水压力随充水溶洞与隧道间距离改变无明显变化；当充水溶洞距离隧道围岩拱顶1 m时，最大孔隙水压力位于拱顶处，最大应力值为1.54 MPa；两侧拱肩、拱腰、拱脚的孔隙水压力呈现基本对称的状态，主要原因是虽然有岩体产状节理的分布，但是节理裂隙都是相互贯通的，所以有对称的孔压分布；而最大的孔隙水压是当充水溶洞距离隧道围岩拱顶1 m时，这是由于富压充水溶洞距离拱顶最近，且具有裂隙分布于拱顶处，进而导致此处孔隙水压力最大；当溶洞位于左拱肩方向上时[图4.23（b）]，以拱顶处的孔隙水压力最大，其次依次大致为右拱脚的孔隙水压力、左拱脚的孔隙水压力、拱底的孔隙水压力、右拱腰的孔隙水压力、左拱腰的孔隙水压力、右拱肩的孔隙水压力，而左拱肩的孔隙水压力随充水溶洞与隧道间距离增大产生了较大的波动；其中拱顶的孔隙水压力、左拱腰孔隙水压力、左拱脚的孔隙水压力随充水溶洞与隧道间距离增大而增大；右拱肩的孔隙水压力、右拱脚的孔隙水压力、右拱腰的孔隙水压力、拱底的孔隙水压力随充水溶洞与隧道间距离改变无明显变化；当充水溶洞距离隧道围岩左拱肩9 m时，此时最大孔隙水压力位于拱顶处，最大应力值为0.80 MPa。

综上所述，在渗流场作用下，渗流作用引起的围岩变形并不大，然而渗流作用引起的围岩应力和裂隙水压却不可忽视，因此在流固耦合的模型中，主要也是涉及围岩的应力和孔隙水压的问题，但与变形固体力学分析相比，渗流场影响还是较为微弱，因此在此基础上，考虑流固耦合计算分析会更加精确。