岩土力学 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (12): 3802-3814.doi: 10.16285/j.rsm.2024.0235
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黄超1,钱建固1, 2, 3
HUANG Chao1, QIAN Jian-gu1, 2, 3
摘要: 针对饱和土地基中深埋蓄排水隧道在水锤作用下的三维动力响应问题,建立了流体−衬砌−饱和土地基系统的频域有限元与边界元耦合模型。隧道内流体视为无黏性、微可压缩性流体,将隧道衬砌结构模拟为弹性介质,用弹性多孔介质模拟饱和土地基。采用频域有限元法分别求解隧道内流体和衬砌的动力控制方程;采用频域边界元方法求解饱和土地基的动力控制方程。基于流体−衬砌接触面和衬砌−饱和土地基接触面的位移一致、面力平衡及完全不透水边界条件,实现了频域有限元与边界元模型的耦合求解。与以往研究的对比验证了新建模型的正确性。利用该模型计算了蓄排水隧道在水锤作用下的内水压(水锤荷载)和周边饱和土体的位移及孔隙水压力响应。结果表明:(1)水锤作用下的动力响应呈现出显著的周期性和衰减性;(2)土体径向位移幅值显著大于轴向位移幅值;(3)将地基简化为单相弹性介质会导致动力响应评估不准确;(4)水锤作用会对隧道周边广大的区域内造成显著的影响;(5)土体的渗透性越差,隧道内流体压力、土体位移和孔隙水压力的峰值越小。
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