第２７卷第１２期 甘肃科技 Ｇａｎｓｕ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆＩ ２７Ⅳ０．１２ ２０１１年６月 Ｊｕｎ．２０１１ 地下水对隧道施工影响分析 张历芳 （中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安７１００００） 摘要：地下水是隧道施工安全重要影响因素。从地下水运移规律及渗流和围岩之间的相互作用机理，分析了地下 水对隧道施工安全的影响程度，并采用ＦＬＡＣ３Ｄ软件来模拟隧道施工安全的状态。 关键词：地下水；施工安全；ＦＬＡＣ３Ｄ 中图分类号：Ｕ４５５ 地下水会对隧道工程的各个方面产生不良的影 响。主要表现在对隧道围岩稳定的影响，对隧道衬 ３）裂隙孔隙介质模型又称为双重孔隙介质模 型。这一模型考虑到岩石裂隙与岩石孔隙之间的水 砌结构的影响及对隧道运营环境的影响等３个方 面。总的说来，地下水可以使围岩溶解、冲蚀、软化 从而降低围岩强度，对隧道结构构成威胁。地下水 的存在，给施工带来巨大的困难，不仅增加施工难 度，还可能带来安全隐患。侵蚀性地下水对隧道的 衬砌结构造成侵蚀破坏，影响隧道工程结构的耐久 交换。显然，这应是更为切合实际的理想模型，但实 施的难度比较大。 ＦＬＡＣ３Ｄ模拟岩体的流固耦合时，将岩石裂隙 透水性平均到岩石中去，流体在孔隙介质中的流动 依据Ｄａｒｃｙ定律，同时满足Ｂｉｏｔ方程，对应于 ＦＬＡＣ３Ｄ的数值计算的控制微分方程包括：运动方 性。另外，如果地下水通过衬砌混凝土损伤部位，工 缝变形缝等穿透隧道防排水体系，则会严重恶化隧 道运营环境，降低隧道服务质量，增加隧道的维护运 营费用。 程，平衡方程和本构方程。 １．１运动方程 流体的传导由达西定律描述： ｑｉ＝一 （Ｐ—ｐ，￣ｘｋｇｋ） （１） １渗流的数学模型 数学上处理岩体渗流分析通常有３种模型：等 效连续介质渗流模型、不连续面网络渗流模型、孔隙 式中：ｇ，——比流矢量； Ｐ一孔隙水压力； Ｉｊ｝：——与饱和度Ｉｓ的函数。 １．２平衡方程 裂隙混合介质模型３大类。 １）等效连续介质模型把裂隙的透水性按流量 等效原则均化到岩石中，得到以渗透张量表示的等 等一 变化量。Ｃａｕｃｈｙ运动方程为： 懈＝ｐ ｄｕ （２） 效连续介质模型。利用广义达西定律，即可按研究 非常透彻的孔隙介质渗流学来解决问题，这一模型 应用方便，相当多的工程问题都可用这一模型进行 近似研究。 ２）裂隙网络模型忽略岩石的透水性，认为水只 在裂隙网络中流动，即为裂隙网络模型，也称为裂隙 网络水力学模型。在理论上这一模型比连续介质模 其中：ｇＩ为渗流速度（ｍ／ｓ）； 为被测体积的流 体源强度（１／，ｓ）； 是单位体积孔隙介质的流体体积 （３） 其中，Ｐ＝（１一ｎ）ｐ，＋ 是体积密度；Ｐｌ和Ｐ 分别是固体和液体的密度；（１一ｎ）ｐ。是对应于岩土 材料基质的干密度户。 １．３本构方程 孔隙流动性的响应方程依赖于饱和度的值。在 型更接近实际。由于岩石中裂隙分布的随机性，需 要建立裂隙网络样本。首先需要对典型岩面的裂隙 进行尺寸密度隙宽等几何参数的测量，然后通过统 计分析，求得裂隙各几何参数的统计规律，包括其所 服从的分布规律后，用Ｍｏｎｔｅ—Ｃａｒｔｏ方法生成计算 裂隙网络样本。 完全饱和状态下，并且流体可以维持高达极限 的 拉力，响应方程为： ＯＰ８ｔ＝ （丝熊）、 。。 ， Ｏｔ— 一Ｏｔ（４） １３２ 甘肃科技 第２７卷 其中， 为比奥模量， 为有效应力的比数； 为体积应变。 隧道外径６．０ｍ，衬砌厚度为０．３ｍ，内径为 ５．４ｍ，埋深为１５ｍ。根据隧道开挖的影响范围，取左 右边界隧道外径６．５倍，即３９ｍ，隧道底部取隧道外 对于多孔渗透性固体的小变形构成响应方程 Ｊ ． 为：盖（ ＋ ）＝Ｈ（ｒｏｏ．， ， ） 为： （５） 径３倍，即１８ｍ。最后整个计算模型宽度８４ｍ、高 ３９ｍ、纵向长度为３．０ｍ。所处的地层为Ｖ级围岩， 围岩的密度为２０００ｋｇ／ｍ ，体积弹性为０．７１４× １０ Ｐａ，剪切弹性为３．３３３×１０ Ｐａ，摩擦角为２５。，凝 聚力为０．２ Ｘ １０ Ｐａ，抗拉强度０．１×１０ Ｐａ。隧道衬 其中，日为本构定律的函数形式；Ｋ为一个历史 参数， ＝ｌ。其有效应力和应变之间的弹性关系 ｏｒ 一 ０ ＋（Ｐ－ｅｏ）８ ＝２Ｇ６ ＋（ 一寺Ｇ）占从如 （６） 砌结构采用Ｃ３０混凝土，其密度为２６００ｋｇ／ｍ ，体积 弹性为１２５００ Ｘ １０ Ｐａ，剪切弹性为１６６６７×１０ Ｐａ。 ２实例分析 水位在顶部，围岩渗透系数５７×１０～ｍ／ｄ，孔子率ｒｌ ＝２．１隧道的参数 ０．３。隧道模型参数见表１，几何参数如图１所 示。 表１模型参数 为８４３９３．０（ｍ）。 数值计算中材料的力学模型采用Ｍｏｈｒ—Ｃｏｕ— ｌｏｍｂ弹塑性理论模型。ＦＬＡＣ３Ｄ程序具有强大的饱 和渗流计算功能，本研究模型取为饱和渗流模型，模 型顶面也是地下水的自由面。 ３计算结果分析 ３．１隧道封堵施工 （Ｉ）全封堵模型分析：所谓的全封堵是指在隧 道开挖后，即使做了完全不透水的混凝土衬砌，衬砌 图１隧道几何参数 结构体系排放量等于零，注浆加固不予考虑。 本研究中考虑到隧道开挖半径，人工边界和左 隧道开挖扰动了原有的渗流场，由于混凝土衬 右隧洞对渗流场的影响，取宽度方向（Ｘ方向）计算 砌完全不透水，使得这种扰动甚微。从以下可看出， 范围为８４ｍ，划分为２８个有限差分单元；深度方向 隧道开挖后，渗流场变化不大。全封堵止水措施，适 （ｚ方向）ｒｇ至地下水面位置，即高度方向计算范围 用于对保护地下水环境，限制地层沉降要求高的工 为４４ｍ，划分为１５个有限差分单元，上部围岩口 程，可以为隧道结构的耐久性提供极为重要的环境 １５ｍ，只考虑重力作用。为简化计算，在隧道长度方 条件，也为隧道安全运营提供了极为重要的环境条 向取隧道施工循环进尺长度３．０ｍ，则整个计算范围 件。 （下转第１７８页） １７８ 甘肃科技 第２７卷 般都会认为这些是关心、体贴的表示，不会提出任何 异议。但这种话在德国人听来却未必中听，甚至引 起反感。他们认为这样是对自己的不尊重，因为自 己知道该怎么去做，用不着他人来说三道四。因此 在处理此类问题时不能简单地以己及人，还应兼顾 素质拓展项目的形式来完成中国文化内容的传授。 ３结束语 要实现寓文化教育于语言教育之中，教师必须 了解中德两国语言的社会文化差异。这就要求教师 必须在教学实践中培养自身的文化意识，提高文化 素质，随时注意流行的德语学刊、流行语、外来语等， 及时了解德国社会文化的变迁，经常参加各种相关 培训，以便有能力适时地向学生传授用德语表达中 德文化现象。总之，在大学德语教学中，教师应重视 因不同文化背景而产生的不同行为模式。此外，教 师还应介绍中西方思维方式，价值观念的差异，使学 生进一步了解人际关系交往的深层次模式。 ２．４从调整教材内容入手 在跨文化交际中由于对中国文化的不了解或者 无法用德语准确表达中国文化，从而导致交际低效 或失败的文化失语现象较为严重，因此迫切需要在 大学德语教材中加人中国文化、中西文化比较的内 容，以弥补跨文化交际中中国文化的缺失。国内学 习德语最主要的、最基本的方法是通过教材学习，教 中德文化上的差异，并应了解、研究这种差异。在教 学过程中，要把语言看作是与文化、社会密不可分的 整体，把语言教学置于丰富多彩的文化背景中，这样 有利于激发学生学习德语的兴趣，促进学习效率的 提高。学生不仅能够获得良好的语言知识和“文化 洞察力”，而且还提高了他们跨文化交际的能力，实 现创新型人才培养的目标。 参考文献： ［１］胡文仲．跨文化交际学概论［Ｍ］．北京：外语教学与研 究出版社，１９９９． 材既是反映教学模式的载体，也是教学效果的重要 保证。浙江万里学院选用的德语教材顾及了德语的 原汁原味，语言中处处透着德国文化的气息，但很少 涉及到中国的文化。这些对学生掌握纯正外语、了 解西方文化无疑是大有好处的。有些学生西方文化 知识相当丰富，可以毫不费力地与外国人谈论外国 文化‘ｉ然而，当外国人要他们讲述一些中国文化时， ［２］ 陈慧．文化导入与基础德语教学［Ｊ］．黑龙江教育（高 教研究与评估），２００７． ［３］戴琳．大学英语教学中中国文化导入问题的探讨［Ｊ］． 他们却往往不知所措。一方面，是因为他们对自己 的文化知之甚少；另一方面，是因为他们不知道如何 用德语去表达自己的文化。因此在教材中增加中国 中州大学学报，２００７（４）． ［４］ 张燕．试论大学英语教学的双向文化导人［Ｊ］．科教文 化。２ｏｏ６（４）． 文化的内容就极为迫切。新增加的内容不能重复中 学教育中已经讲过的文化历史材料，避免枯燥无味。 主要应该包括社会与家庭、神话与宗教、语言与文 ［５］赵厚宪．外语教学中的文化教学原则［Ｊ］．中国英语教 学，２￣２（６）． 字、名胜与古迹等等一系列德国人感兴趣的内容。 由于公共德语课时较少，可在课后举办讲座或开展 （上接第１３２页） ３．２限量排水模型分析 ［６］侯继红．德语教学中跨文化交际内容的导人［Ｊ］．合肥 学院学报（社会科学版），２ｏｏ４（４）． ＿●…‘●●…●．．”●…ｏｅ＊ｏｏ￣ｏｎ‘●¨・。●・・・’●…‘●・・ 参考文献： ［１］王祖强，张贵金，王明，等．用ＦＬＡＣ３Ｄ模拟流固耦合 评价病险土坝防渗加固有效［Ｊ］．湖南水利水电， ２ｏ０９． 限量排水模型分析是同时考虑注浆圈和混凝土 衬砌的渗透性－ｏ研究在二衬砌渗透性不变的情况 下，隧道稳定的神流量和注浆圈渗透的关系。 ［２］ 彭文斌．ＦＬＡＣ３Ｄ实用教程［Ｊ］．机械工业出版社， ２００７． ４结论 采用数值模拟手段，分析了地下水对隧道施工 安全的影响。从渗流角度，运用渗流和围岩之间的 ［３］伊兴芳．山岭隧道地下水排放量对围岩水环境影响的 研究［Ｄ］．兰州交通大学（硕士论文），２００９． ［５］Ｉｔａｓｃａ Ｃｏｎｓｕｌｉｔｎｇ Ｇｒｏｕｐ Ｉｎｃ．ＦＬＡＣ，３Ｄ ｍａｎｕａｌｓ，２ＯＯ６． ［６］李围．隧道及地下工程ＦＬＡＣ解析方法［Ｍ］．中国水利 水电出版社，２００９． 耦合关系，比较莫实地反映了地下水的运动规律以 及隧道围岩的变化规律，为进一步评价隧道安全提 供依据。 ［７］ 钱家忠，王家权．中国北方型裂隙岩溶水模拟及水环 境质量评价［Ｍ］．合肥：合肥工业大学出版社，２００３．