地铁隧道施工过程中，无论采用何种方法，地层中的地下水总是会有或多或少的损失。地下水的损失使得地下水位下降，孔隙水压力随之下降。根据有效应力原理可知，一方面，下降了的孔隙水压力值，转化为有效应力增量，有效应力的增量导致土层发生压密，土层发生压密后，土体的孔隙比发生改变，使土体各部位的渗透系数发生变化，影响其渗流状态。另一方面，土体中的渗流对土体体积的改变产生反作用，表现为孔压的变化。因此，饱和强渗透性地层盾构隧道施工引起地层沉降是一个三维空间流固耦合问题，只有采用有效应力法分析，才能真实地反映隧道施工过程中的水土间的相互作用机理，预测隧道施工引起的地面沉降变形。
其数值模拟计算流程如图3.4.1。
图3.4.1 土体流一固耦合数值模拟计算流程示意图
流固耦合土体力学计算控制方程包含平衡方程、几何方程和本构方程，渗流固结计算包含渗流平衡方程和渗流本构方程，这些方程涉及固体和流体的基本参量，这些参量相互作用又相互关联。
单元体上，单元的平衡方程表述如下：
式中：ρ= （1 -n）ρd+nsρw是饱和度为s 时的土体密度；ρw是孔隙水密度； ρd是土体干密度；n 是孔隙率；s 是饱和度；u、v、w 是单元位移函数；
是单元位移速率函数。根据有效应力原理，公式（3.4.1）主应力可以表示为：
式中：σxx 、σyy 、σzz 分别为土体单元三个主应力；
分别为土体单元有效应力的三个主应力；p 为孔隙水压力。
几何方程如下：
式中：
代表三个方向的应变率；
分别代表三个主轴方向的剪切应变率。
假设土为均质弹性体，应力分量与应变分量之间应满足胡克定律：(www.xing528.com)
结合以上方程可以推到位移和孔压表示的渗流固结协调方程：
渗流固结过程孔隙水需要满足渗流连续条件，假定土体完全饱和，土颗粒和孔隙水均不可压缩，如图3.4.2 所示，在dt 时间内流出单元体的水量应等于单元体的体积变化。
图3.4.2 渗流示意图
式中：vε 为单元体应变；v 为单位时间内流经单位截面积的水量。
假定土体渗流符合达西（Darcy）定律：
式中：k 为土的渗透系数；i 为水力梯度；wγ 为水的容重；p 为孔隙水压力。假定土体各向渗透系数相同k = kx= ky= kz，另外单元体应变 εv= εx+ εy+ εz，将式（3.4.7）代入式（3.4.6），并利用上述假定写成：
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
