馮 義， 陳育民

(1. 中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 陜西 西安 710000； 2. 河海大學(xué)土木與交通學(xué)院， 江蘇 南京 210098)

0 引言

隨著我國(guó)城市軌道交通建設(shè)的加速推進(jìn)，在沿江沿海地區(qū)城市隧道建設(shè)中穿越復(fù)雜地質(zhì)的工程案例日益增多。在飽和砂土地層中進(jìn)行盾構(gòu)隧道施工，極易導(dǎo)致突水涌砂災(zāi)害，對(duì)施工人員的生命安全造成嚴(yán)重威脅。但是隧道建設(shè)工程中的突水涌砂災(zāi)害具有發(fā)生突然、破壞性大的特點(diǎn)，其現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)較難獲取。因此，災(zāi)害發(fā)展過(guò)程中隧道周圍土體的變化規(guī)律是目前亟待探索研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。

國(guó)內(nèi)學(xué)者們進(jìn)行了相關(guān)研究。周健等[1]基于離散元理論，采用PFC軟件對(duì)滲流過(guò)程中砂土顆粒的力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究，驗(yàn)證了水土相互作用貫穿滲流的全過(guò)程，并在流速、滲透系數(shù)、孔隙率和砂的流失量等參數(shù)間建立了定性變化規(guī)律。張頂立等[2]通過(guò)有限差分程序FLAC3D對(duì)廈門翔安海底隧道進(jìn)行不同模式的突水機(jī)制模型分析，并針對(duì)復(fù)雜水域條件建立了突水風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)方法。龔曉南等[3-5]綜合國(guó)內(nèi)外隧道滲水類別、原因，以及滲漏水的檢測(cè)方法和原理進(jìn)行研究，提出了此類隧道工程防滲水的有效工程措施。周宗青等[6]針對(duì)滲透破壞突涌水的變黏度機(jī)制，采用DEM-CFD耦合計(jì)算方法，開展了流體黏度對(duì)滲透破壞機(jī)制影響的定性模擬研究，分析了流體黏度對(duì)平均接觸力、流量(流速)、孔隙率、顆粒運(yùn)移過(guò)程、運(yùn)移軌跡及臨界水力梯度的影響規(guī)律。劉宏達(dá)等[7]采用PFC2D中的Ball單元模擬砂土，以Wall單元模擬土層邊界，建立了隧道-土體的二維計(jì)算模型，并研究了不同位置發(fā)生局部滲水漏砂后隧道中心位移、管片外側(cè)所受土壓力和地表沉降的變化。龍瑩瑩等[8]基于CFD-PFC流固耦合，分析二維條件下隧道頂部出現(xiàn)滲流導(dǎo)致土體應(yīng)力的變化與地表的塌陷，同時(shí)研究了不同的隧道埋深以及土體參數(shù)對(duì)地表塌陷的影響。王越林等[9]采用顆粒流程序PFC3D與ANASYS中Fluent模塊，針對(duì)管線結(jié)構(gòu)破損導(dǎo)致滲漏時(shí)管線周圍土體遷移過(guò)程進(jìn)行研究，研究表明： 隨著裂縫的寬度增加，周邊土體損失量增多，砂性地基擾動(dòng)范圍越廣，淺層土體擾動(dòng)范圍越大。

現(xiàn)階段，對(duì)隧道滲漏及突涌水大多通過(guò)數(shù)值手段研究滲流場(chǎng)的變化，但受數(shù)值模擬方法本身在邊界條件以及單元類型的限制，研究結(jié)果與實(shí)際不可避免地存在一些誤差。而傳統(tǒng)模型試驗(yàn)由于天然土體的不透明性，無(wú)法對(duì)隧道災(zāi)害發(fā)生后周圍深層土體的位移及變化進(jìn)行研究。鑒于此，本文基于透明土試驗(yàn)技術(shù)，以上海市軌道交通某盾構(gòu)區(qū)間為背景，自主研制模擬隧道突水涌砂災(zāi)變的可視化試驗(yàn)裝置，可以實(shí)現(xiàn)不同工況下的災(zāi)害發(fā)展過(guò)程模擬，對(duì)土體流動(dòng)形態(tài)、土顆粒位移速度場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)研究。

1 工程概況

上海市軌道交通某盾構(gòu)區(qū)間，全線長(zhǎng)約40.82 km，是一條快速聯(lián)系崇明兩島與上海中心城區(qū)的市域線。盾構(gòu)區(qū)間采用單洞單線盾構(gòu)法施工，隧道為直徑6.1 m的圓，鋼筋混凝土襯砌厚度為0.35 m，單個(gè)襯砌環(huán)寬為1.5 m，襯砌管片采用錯(cuò)縫拼裝。沿線隧道埋深為-10～-25 m，沿線穿越復(fù)雜地層。隧道施工區(qū)間典型地質(zhì)縱剖面如圖1所示。全線地層分布較不穩(wěn)定，局部區(qū)域?qū)游黄鸱^大,其中第②3-1、②3-3層為砂質(zhì)粉土層。根據(jù)土層劃分情況，以長(zhǎng)興島和崇明島各土層為統(tǒng)計(jì)單元，在剔除個(gè)別明顯不合理的偏值后，進(jìn)行物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析，選取相關(guān)砂性土層，物理參數(shù)匯總?cè)绫?所示。

圖1 區(qū)間典型地質(zhì)縱剖面示意圖(單位： m)Fig. 1 Geological profile of typical section (unit: m)

表1 上海軌道某盾構(gòu)隧道沿線砂性土層物理參數(shù)Table 1 Physical parameters of sandy soil layers along a shield tunnel line of Shanghai rail transit

2 可視化試驗(yàn)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)方法

2.1 透明土地層模擬

透明土試驗(yàn)是一種結(jié)合光學(xué)、材料學(xué)、測(cè)量學(xué)的新型巖土工程試驗(yàn)技術(shù)。模型試驗(yàn)材料采用折射率相近的透明材料人工配制而成，其試樣近似呈透明狀，合成材料包括顆粒骨料和孔隙液體。按照特定比例制配所得的透明，其力學(xué)性質(zhì)與天然土體有較好的相似性。由于透明土試樣內(nèi)部顆粒的不均勻性，在激光照射下會(huì)形成散斑面，通過(guò)對(duì)散斑面各點(diǎn)的位移分析，可以非接觸觀測(cè)土體內(nèi)部變形及土體與周圍結(jié)構(gòu)的相互作用。Liu等[10]以熔融石英為顆粒骨料合成了透明土;Ezzein等[11]對(duì)熔融石英進(jìn)行直剪、三軸等試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)其與砂土具有較相似的力學(xué)特性，可用來(lái)模擬天然砂土。本文選用高質(zhì)量熔融石英作為透明土材料[12]，其粒徑為0.5～1.0 mm，基本物理參數(shù)如表2所示。

表2 熔融石英基本物理參數(shù)Table 2 Basic physical parameters of fused silica

孔隙液體采用15#白油與正十二烷混合液模擬。以5∶1的體積比攪拌混合至折射率接近1.459后進(jìn)行微調(diào)，直至混合液體的折射率精確為1.459?；旌弦好芏葹?.82 g/cm3，在20 ℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)黏度為21 mPa·s； 而天然砂土中的水密度為1 g/cm3，運(yùn)動(dòng)黏度為1 mPa·s。因此，在試驗(yàn)過(guò)程中需保持實(shí)驗(yàn)室的恒定溫度為20 ℃。

依照模型試驗(yàn)研究的內(nèi)容，結(jié)合水力學(xué)相關(guān)知識(shí)原理，水壓力作用在土體的相似比設(shè)計(jì)需要滿足歐拉準(zhǔn)則與弗勞德準(zhǔn)則。經(jīng)測(cè)定，本文試驗(yàn)中所用混合液體與水的密度相似比Cρ為0.8。由此可知模擬水頭相似比為0.8倍的幾何相似比，即1 MPa的水頭壓力相當(dāng)于模型試驗(yàn)中62.5 cm的水頭高度。

試樣的滲透系數(shù)與孔隙流體性質(zhì)、孔隙大小及其幾何特征的表達(dá)式[13]為：

(1)

式中：k為試樣的滲透系數(shù);ff、fv、fs分別為孔隙流體性質(zhì)、孔隙空間和固體顆粒表面的影響參數(shù)；rf為孔隙液體的重度;μ為孔隙液體的動(dòng)力黏度;e為孔隙比；CK-C為一個(gè)考慮孔隙形狀和迂曲度的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)；SF為表征顆粒形狀的因子；Deff為表征顆粒大小的因子。

本文通過(guò)對(duì)透明土與實(shí)際土體滲流結(jié)果相似性進(jìn)行計(jì)算，試驗(yàn)中的透明土采用0.5～1 mm粒徑的熔融石英砂與混合油制配密度為1.27 g/cm3、滲透系數(shù)為0.031 cm/s，與天然砂土一致，可較好地模擬工程實(shí)際中的原位砂土地層[14]。

2.2 試驗(yàn)?zāi)Ｐ脱b置設(shè)計(jì)

為近似模擬隧道發(fā)生突水涌砂災(zāi)變現(xiàn)象，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，參考劉漢龍等[15]開展的模型試驗(yàn)研究，按照1∶200的幾何相似比開展縮尺模型試驗(yàn)。盾構(gòu)隧道采用內(nèi)徑30 mm、壁厚1.75 mm、長(zhǎng)220 mm的亞克力材質(zhì)圓管進(jìn)行模擬，在圓管壁上開設(shè)模擬管片裂隙，裂隙尺寸設(shè)計(jì)為寬3 mm、長(zhǎng)8 mm的矩形孔，如圖2所示。模型表面做磨砂處理以減少鏡面反射。透明土模型試驗(yàn)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)隧道在突水涌砂災(zāi)變過(guò)程中地層的變化。該隧道模型可滿足與隧道在實(shí)際工程中突水涌砂的相似關(guān)系[15]。

圖2 透明隧道模型(單位： mm)Fig. 2 Transparent tunnel model (unit: mm)

隧道模型箱長(zhǎng)度方向取值8倍隧道直徑，寬度方向取值15倍裂隙長(zhǎng)度，以減少邊界效應(yīng)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。模型箱壁厚8 mm，側(cè)壁采用螺栓加固聯(lián)結(jié)，在模型箱內(nèi)的直徑尺寸為240 mm×120 mm×180 mm。在模型箱前后壁面相應(yīng)對(duì)稱位置開設(shè)圓孔，圓孔直徑為30 mm，孔中心與模型箱底面距離2倍隧道直徑，孔內(nèi)嵌模型隧道。另定制矩形水頭蓋板與試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖溥B接，蓋板外尺寸為256 mm×136 mm×10 mm。蓋板邊緣布設(shè)1圈防水膠墊，與模型箱對(duì)應(yīng)位置設(shè)有搭扣鎖連接，柱上有3個(gè)不同高度的開孔作為進(jìn)水口和出水口。水頭高度依靠1個(gè)可調(diào)節(jié)流量的小水泵恒定控制。試驗(yàn)?zāi)Ｐ脱b置如圖3所示。

圖3 試驗(yàn)?zāi)Ｐ脱b置實(shí)物圖Fig. 3 Photograph of test model device

2.3 試驗(yàn)準(zhǔn)備及方法

試驗(yàn)前，洗凈烘干試驗(yàn)用的熔融石英砂，以去除雜質(zhì)和水分。將模型隧道嵌入試驗(yàn)箱的圓孔中，連接處采用玻璃膠止水，將預(yù)制的隧道裂縫用泡沫板堵住，檢查裝置的防水性；將制配好的混合液體倒入模型箱中，通過(guò)最大、最小干密度指標(biāo)，計(jì)算稱量Dr=55%狀態(tài)所需熔融石英砂的質(zhì)量；采用水下砂雨法[16-17]將熔融石英砂緩慢置入液體中；分層壓實(shí)，配制出隧道埋深2D(D為隧道直徑)的透明砂土層；保持混合液恒定沒(méi)過(guò)土層表面3 cm，以模擬飽和狀態(tài)砂土在有地下水源補(bǔ)給情況下發(fā)生的持續(xù)性突水涌砂災(zāi)變。試驗(yàn)準(zhǔn)備完畢后，迅速?gòu)哪Ｐ退淼乐虚g捅下泡沫板，災(zāi)變模擬開始。

通過(guò)激光-相機(jī)的圖像采集系統(tǒng)，采集隧道頂部因出現(xiàn)裂縫導(dǎo)致突水涌砂災(zāi)變發(fā)生過(guò)程的各個(gè)時(shí)刻圖像，如圖4所示。

圖4 圖像采集系統(tǒng)Fig. 4 Image acquisition system

試驗(yàn)中保持相機(jī)鏡片與試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖淠繕?biāo)面平行，并固定好相機(jī)位置、激光源位置和模型的位置，采集頻率為4張/s，圖像的分辨率為4 096×3 000，標(biāo)定比例大小為8.54 px/mm，圖像采用Tiff格式保存，可以較大限度地保留圖像信息和節(jié)省磁盤存儲(chǔ)空間，并且滿足圖像分析的需求。激光照射下的成像效果如圖5所示。

圖5 激光照射下的透明土隧道災(zāi)變模型Fig. 5 Transparent soil tunnel disaster model under laser irradiation

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 災(zāi)變土體剪切破壞

透明土密實(shí)度越大，不均勻性越強(qiáng)，激光在照射時(shí)發(fā)生折射和散射的次數(shù)越多，土體越容易形成激光散斑，在灰度圖中反映出來(lái)的圖像較明亮。從轉(zhuǎn)化的灰度圖像(見(jiàn)圖6)可以直觀地發(fā)現(xiàn)： 試驗(yàn)過(guò)程中，災(zāi)變前期地表土體發(fā)生明顯沉陷后，災(zāi)變核心區(qū)域(短虛線與長(zhǎng)虛線所圍成的區(qū)域)發(fā)生位移的土顆粒與保持相對(duì)靜止的土顆粒在激光照射下發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，呈現(xiàn)出較微弱的明暗分界曲線(長(zhǎng)虛線)。隧道裂隙孔口上方的核心沉陷區(qū)顏色較暗，該部分區(qū)域的土顆粒之間發(fā)生了相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，砂土發(fā)生了剪切破壞。

圖6 災(zāi)變過(guò)程中砂土顆粒密實(shí)度變化區(qū)域Fig. 6 Compactness variation area of sandy soil particle during disaster development

3.2 土體流動(dòng)變化

對(duì)配制的透明土開展100、200、300、400 kPa壓力下的固結(jié)快剪試驗(yàn)，當(dāng)剪切速率控制為0.4 mm/min時(shí)，配制透明土的內(nèi)摩擦角為29.7°，黏聚力為4.8 kPa，與現(xiàn)場(chǎng)原位砂土地層中的土體強(qiáng)度基本一致。

試驗(yàn)過(guò)程中裂隙孔口正上方的截面土體在災(zāi)變不同時(shí)刻呈現(xiàn)出的變化形態(tài)如圖7所示。從圖中可以看出： 1)從引起突水涌砂的裂隙形成(土顆粒開始發(fā)生移動(dòng))至土層顆粒相對(duì)靜止，不同災(zāi)變開展時(shí)刻砂水混合物向隧道內(nèi)涌入時(shí)的整體流動(dòng)形態(tài)及形成的地表沉降槽形狀均有所不同。2)災(zāi)變前期(0—15 s)，地表未出現(xiàn)明顯的沉降槽，隧道裂隙開口上端及附近小范圍區(qū)域的少量顆粒發(fā)生流動(dòng)涌入管線內(nèi)，隨之上層的土顆粒失去下部支撐，逐漸向下塌陷，此時(shí)地表出現(xiàn)寬而淺的沉降槽，且形式逐漸發(fā)展成類似倒鐘形的曲線形態(tài)。3)隨著災(zāi)變的發(fā)展，沉降槽的寬度和深度逐漸增加，災(zāi)變影響范圍逐漸從隧道的裂隙開口處貫通到了地表處，此時(shí)，進(jìn)入了災(zāi)變中期，突水通道的形成對(duì)土體位移產(chǎn)生了較大影響，沉降槽形狀向花托形的形狀變化，裂隙開口兩側(cè)的土顆粒沿坡面向下滑落，此階段持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，占全過(guò)程時(shí)間的50%以上。4)液體的持續(xù)沖刷使得沉降槽曲線形式再次轉(zhuǎn)變成倒三角狀，災(zāi)變逐漸進(jìn)入結(jié)束階段(70 s以后)，此階段土顆粒的運(yùn)移速度放緩，發(fā)生運(yùn)移的土顆粒量逐漸減少，沉降槽擴(kuò)展趨勢(shì)減小，所有顆粒的運(yùn)移方向均沿坡面指向裂隙開口；當(dāng)沉降槽兩側(cè)的坡度逐漸減小至近似試驗(yàn)所用砂土休止角之后，裂隙兩側(cè)土顆粒不再發(fā)生位移，隧道上部?jī)蓚?cè)土體保持穩(wěn)定，此時(shí)災(zāi)變結(jié)束。

(a) 0 s(b) 5 s(c) 10 s

(d) 15 s(e) 20 s(f) 25 s

(g) 30 s(h) 40 s(i) 50 s

(j) 60 s(k) 70 s(l) 80 s圖7 災(zāi)變發(fā)展過(guò)程中土體變化形態(tài)Fig. 7 Soil pattern variation during disaster development

3.3 土體速度場(chǎng)分析

采用PIViewer軟件對(duì)災(zāi)變前期土體內(nèi)部速度場(chǎng)進(jìn)行分析，第1 s瞬時(shí)時(shí)刻土顆粒豎向位移分量如圖8所示。從圖中可以看出，在災(zāi)變開始后，裂隙孔口上方變形核心區(qū)域呈橢圓狀，這一現(xiàn)象與戴軒[17]天然砂土試驗(yàn)的研究結(jié)果一致。但與之不同的是，在本文試驗(yàn)中土顆粒位移變化最快的點(diǎn)并不在隧道裂隙處，而是在隧道裂隙正上方一定距離處。橢圓中心處的土顆粒位移速度值較大，向四周逐漸減小至0。

圖8 第1 s瞬時(shí)時(shí)刻土顆粒豎向位移分量云圖Fig. 8 Nephogram of vertical displacement components of soil particles at instantaneous moment of the 1st second

分析其差異原因可以發(fā)現(xiàn)： 在實(shí)際三維地層中，由小尺寸結(jié)構(gòu)裂隙引起的盾構(gòu)隧道突水涌砂災(zāi)害前期，裂隙附近顆粒受土拱效應(yīng)的影響，土顆粒由塌陷下落狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槎逊e待落狀態(tài)，使得涌入隧道內(nèi)部的速度放緩。

圖9示出了不同埋深處的土顆粒豎向位移速度曲線，可以發(fā)現(xiàn)： 在隧道中心軸線處土顆粒位移速度最大，同一土層埋深的土顆粒，與隧道中心水平距離越遠(yuǎn)則其速度值越小。當(dāng)與隧道中心的水平距離達(dá)到1.5D時(shí)，豎向速度值非線性地減小至0，即災(zāi)變前期土體位移變形的水平向影響范圍為3D。在隧道施工過(guò)程中可以重點(diǎn)對(duì)該范圍區(qū)域內(nèi)的地基進(jìn)行加固處理。

圖9 不同埋深土顆粒豎向位移速度曲線Fig. 9 Vertical velocity curves of soil particles with different burial depths

對(duì)比突水涌砂整個(gè)災(zāi)變過(guò)程中的土顆粒位移速度，取各時(shí)刻土顆粒x和y方向的速度分量極值進(jìn)行平方和后開根，獲得各時(shí)刻速度場(chǎng)的速度極值。圖10為災(zāi)變發(fā)生過(guò)程中各時(shí)刻土顆粒位移速度最大值變化曲線圖。

圖10 災(zāi)變發(fā)生過(guò)程中各時(shí)刻土顆粒的速度最大值變化曲線圖Fig. 10 Variation curves of maximum velocity of soil particles at each moment during disaster development

由圖10可知： 在裂隙生成后的災(zāi)變前期，土顆粒的位移速度相對(duì)較低，但此階段的持續(xù)時(shí)間很短。因?yàn)橥令w粒整體處于一個(gè)較為密實(shí)的狀態(tài)，此時(shí)上覆水頭對(duì)土顆粒的滲流力作用不明顯，土顆粒發(fā)生位移的原因主要是孔口附近砂土潰入裂隙，上層土顆粒失去下部支撐而向下發(fā)生位移變化。當(dāng)?shù)乇沓霈F(xiàn)沉降槽后，沉陷核心區(qū)域的土顆粒受到自重和滲流力的作用，位移變化速度開始逐漸加速到達(dá)頂峰，并且維持在較高的狀態(tài)，最大土顆粒位移速度達(dá)到3.5 mm/s。隨著災(zāi)變的發(fā)展，貫穿地表的突水通道形成，此時(shí)突水涌砂災(zāi)變逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐酝凰疄橹鞯臑?zāi)害。但是，由于水頭保持恒定，可以認(rèn)為單位時(shí)間內(nèi)涌入隧道的砂水混合物體積保持不變，則土顆粒位移速度開始逐漸降低，該階段持續(xù)的時(shí)間較長(zhǎng)，到結(jié)束階段土顆粒速度最大值低于0.05 mm/s，則認(rèn)為土顆?；静辉侔l(fā)生位移，災(zāi)變結(jié)束。

3.4 混合物組成體積分?jǐn)?shù)分析

在突水涌砂災(zāi)變過(guò)程中，孔隙液體、土顆粒和模擬的承壓水均從裂隙孔中流出。隨著災(zāi)變的發(fā)展，不同時(shí)刻恒定水頭作用下，涌入隧道內(nèi)的砂水混合物中土顆粒與試驗(yàn)孔隙液體的體積分?jǐn)?shù)占比有所不同，如圖11所示。從圖中可以看出: 隨著災(zāi)變的發(fā)展，砂水混合物中土顆粒體積分?jǐn)?shù)占比最初接近100%、結(jié)束時(shí)接近0。

圖11 不同時(shí)刻混合物中土顆粒體積分?jǐn)?shù)占比Fig. 11 Volume fraction ratio of soil particles in mixture at different moments

分析原因如下: 1)在突水涌砂災(zāi)變前期未形成貫穿的突水通道，液體流出裂隙孔口的方式只有通過(guò)滲透性較好的土層滲流進(jìn)入隧道管線。在水頭恒定的情況下，初始階段單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)裂隙孔口進(jìn)入隧道管線的砂水混合物中土顆粒體積分?jǐn)?shù)最高，此時(shí)涌入隧道內(nèi)的流體均以孔隙液體的形式跟隨土顆粒涌入。2)在擴(kuò)展階段，隨著沉陷區(qū)的擴(kuò)展、土體密實(shí)度的降低，土顆粒位移速度快，土體滲透性變好；同時(shí)，隨著沉降槽深度的不斷增加，隧道裂隙災(zāi)變發(fā)生點(diǎn)上覆土層的厚度不斷減小，土層對(duì)液體流動(dòng)的阻礙作用逐漸減弱，液體在土顆?？紫堕g的流動(dòng)變得更加容易。此時(shí)涌入隧道內(nèi)的砂水混合物中的液體體積分?jǐn)?shù)有小幅增加，當(dāng)災(zāi)變發(fā)生點(diǎn)上方的土層厚度減小至0時(shí)，貫穿地表的水流通道形成，通道形成的瞬間大量承壓水?dāng)y帶土顆粒突涌入隧道。3)在突水涌砂后期，通過(guò)裂隙孔口潰入隧道管線中的砂水混合物中土顆粒體積分?jǐn)?shù)突降，液體體積分?jǐn)?shù)逐漸增加。當(dāng)漏斗狀沉降槽兩側(cè)土顆粒不再發(fā)生位移時(shí)，涌入隧道的幾乎完全是水，含砂量接近于0，最大程度地還原了隧道在突水涌砂后期的災(zāi)變情況。

4 結(jié)論與討論

1)通過(guò)對(duì)隧道頂部災(zāi)變區(qū)域的模擬，發(fā)現(xiàn)頂部典型部位的砂土災(zāi)變是由于發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)滑移造成的。

2)在隧道災(zāi)變的初始階段，土顆粒豎向位移場(chǎng)呈橢圓狀等值線分布，土顆粒位移速度隨距隧道中心水平距離的增加而非線性減小；當(dāng)隧道埋深為2D時(shí)，滲流的水平向影響范圍為3D。

3)隨著災(zāi)變現(xiàn)象的發(fā)生，隧道外圍的土顆粒位移速度先增大后減小，涌入隧道內(nèi)的砂水混合物中土顆粒的體積分?jǐn)?shù)占比持續(xù)減少。

4)在模擬隧道滲漏模型試驗(yàn)中，各方面都完全滿足相似第三定理是難以實(shí)現(xiàn)的，也不可避免地存在相似誤差。只能根據(jù)主要矛盾，分清問(wèn)題主次，做到關(guān)鍵因素近似相似或者基本相似，在主要相似條件得到滿足的條件下進(jìn)行試驗(yàn)研究。