摘要：在地铁等地下工程中，经常发生地下水渗漏。如果处理不当，可能会导致应力退化，影响结构的稳定性。基于非饱和介质渗流模型，分析了地下洞室开挖过程中的非稳态渗流场。根据分阶段施工方案，在保持渗流场变化连续性的前提下，对各施工阶段进行准稳定渗流分析，在此基础上建立地下工程非稳定渗流数值模型。对于溶洞系统，采用基于水平衡原理的子结构模型。防渗帷幕采用含水层模型。在此基础上编制了地下工程非稳态渗流场分析的有限元程序，实现了复杂渗流区的渗流场动态模拟。
关键词：地下工程；渗流场数值模拟；应用
以往的非定常渗流数值分析方法通常以自由水面为边界，在饱和区进行计算。需要在每个计算段尽可能多地找到自由水面的边界，计算起来比较麻烦，不能考虑渗流场初始含水率的分布，不能真实地反映地下水的渗流动态。在饱和-非饱和介质渗流分析模型的基础上，利用地下结构模拟溶洞系统。根据施工阶段规划，对各施工阶段进行准稳定渗流分析，实现幕墙井组模拟。随着施工的进行，为了准确模拟非稳态渗流场，反映施工方案对渗流的影响。
1 地下工程复杂渗流场数值模拟应用
1.1 等效介质渗流分析。更确切地说，岩石是非连续性介质，其中大多数渗透性问题是裂纹的渗透性问题。整个岩石块的渗透性极低，岩石的流动主要受到内部结构表面和微裂的控制。裂纹阵列相对复杂，裂纹阵列的分布和参数几乎不可能精确地得到，因此，在某些条件下，裂纹岩石流通常可以通过等效的连续介质转换成连续介质模型填充。关于岩石渗透特性单元的存在和计算模型的相对持续时间，在充分满足项目需要的同时，使用同等的连续介质渗透模型是可能和有效的。也就是说，在分析领域中流动的特征单位的尺寸效应。尺寸效应是裂纹岩石的典型特征。不连续的结构表面的存在：如微裂、裂纹等，取决于元件的尺寸。岩体在不同的结构表面显影水平上的测试和特性。裂纹岩石的物理、机械和渗透特性在体积上各不相同。分别代表机械性能的尺寸效应和渗透特性的尺寸效应。在土壤等多孔介质中的固体颗粒之间的孔非常小，通常可被视为连续介质，用于分析流动，与裂变岩石不同，裂变岩石的结构基本上是由一个更大的孔隙裂变网构成，通常更大，甚至不存在，因此，在大多数情况下，它不能被视为一种连续的介质，而是一种非连续的介质，其渗透各向异性必须考虑在内，尽管在某些情况下，可将其视为等效的连续介质，当存在可裂变岩石并且基本上低于研究区域的尺寸时，可等效地描述可裂变岩石的各向异性渗透性和可裂变网络的流体动力学性能。表征单元的主体不存在或太大，在确定该分部主体的渗透性表征单元的主体之前，可以考虑通过渗透性分割搜索区域。同等的连续支持模型不能使用。
1.2 帷幕及井列单元的模拟。对于密封帷幕，密封帷幕根据密封模型与其中的岩石组合，使用串行和平行原则，但条件是在该单元内还有另一密封单元。排水井柱是通过使用杆单元模拟杆单元模拟杆单元渗透矩阵对网络节点的贡献来降低地下水水位的主要方法。在分辨率中考虑到与井周边相对应的井周边，即校正井周边单元的渗透系数，根据挖掘方案，腔区域由子结构模拟，计算区域的其余部分分成一个单元。主栅根据水量平衡原则，在子结构和主栅之间建立水量平衡关系。该子结构的主栅极单元的节点支持下，子结构的解决方案实际上包括根据抑制有限单元的负压力方法将检索限制单元的过程分为两个步骤。将子结构视为主栅总体结构的一个组成部分。将子结构的矩阵方程转换成直接与主栅极相关联并通过组合运算符嵌入栅极矩阵方程中的单个节点；然后，将子结构的矩阵方程通过与子结构相关的节点，考虑到帷幕、井网和主腔室挖掘等关键因素的相互作用。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆横向并且变化更均匀和缓慢，在诸如帷幕、排水孔等电位线中有更明显的变化，密封帷幕的相互作用，排水井的保护通过排水和挖掘洞穴，可以降低地下水的水位，降低液压梯度，改善地下水的分配。
1.3 渗流场优化反演。渗流场反演区域为包括引水发电系统地下洞室群内所有建筑物。轴与管道轴线平行，指向下游；轴垂直于管道轴线。反演主要基于地下水位测量孔和平硐测量堰达到了收敛标准。围岩渗透系数反演及固结灌浆结果均在钻孔测量范围内。从入渗系统的数量来看，上部围岩最大下部围岩次之，固结灌浆最小。根据地质调查资料，斜井上方断层较多。从宏观上看，上部围岩的渗透系数大于下部围岩。固结灌浆改善了围岩的完整性，降低了其渗透性，故其渗透系数理论上小于围岩。因此，反演参数之间的关系是合理的。水位测量孔的相对误差反演结果合理。一些测孔误差大的主要原因是地质条件复杂。各种断层和节理的分布影响渗流场，这是产生误差的重要原因。工程区渗流等蛛网膜线范围较宽，由上到下呈逐渐下降趋势。在围岩上下界面处，存在一条细小的等渗线，反映了两种围岩渗透系数的差异。在系统高压管道附近，渗水顶线有回水趋势，反映了斜井渗水对上部水体回水的影响。由于山势陡峭，地下水位上、下水库相对较高，厂区位于自由水面上，这与厂房顶拱渗水的实际观测相符。在岔管与钢衬连接处，渗水头线相对较密，说明渗流梯度较大，渗透荷载消散较快。但在钢管部分和动力室部分，渗水头线较稀疏，说明渗流梯度很小，说明灌浆帷幕和排水孔帷幕防止了地下水从斜井向高压岔管部分和动力室部分渗漏，排水效果显著。在完整的排水廊道、排水孔和灌浆帷幕的作用下，整个地下厂房周围的渗水头很小。一般来说，反演结果与实测数据相差不大。反演得到的渗流场能在很大范围内反映地下水的实际分布和渗流状态。反演结果对工程运行、维护和维修具有一定的指导意义。
2 渗控措施
安全问题是地下工程中工程师的主要关切之一。建筑优先事项是西部，由于西部地质条件的复杂性，那里有发生洪水的高风险。突然间，不仅建筑人员和技术人员的安全受到威胁，而且施工延误，投资增加，流量分析是广泛的，渗透参数复杂，计算是复杂的，溢出危险区很多，边界复杂，断层纵向交叉，用薄膜水绝缘单元模拟帷幕，薄膜水绝缘单元与其中的岩石组合，并被认为在该单元内还有另一个薄膜单元，并且该单元的矩阵通过一个串联结原理连接到该集成的渗透传导矩阵。渗透补偿单元是一个虚拟单元，在渗透场的单元部分不存在，因此不增加单元节点的数量。靠近灌溉帷幕，当水线变得相对稀少时，这表明，在灌溉帷幕停止运行和水头变化相对缓慢之后，周围水头增加了，反映灌溉帷幕的密封效果。
结束语
针对渗流问题，实现了复杂渗流区防渗帷幕、排水井、洞室开挖的模拟，操作简单，效果良好。地下水渗流分析最关键的环节是通过大量的工程地质、水文地质勘查和勘测，找出地下水的发育程度、空间分布特征和区域岩石渗透率。通过反演可以得到各渗透带的渗透系数、渗流场分布、涌水、渗漏等指标，具有良好的工程实用性和应用价值。
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论文作者:刘亚
论文发表刊物:《基层建设》2019年第27期
论文发表时间:2020/1/18
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