基于DEM-CFD方法的基坑工程漏水漏砂引发地层运移规律的数值模拟

摘要

针对城市地下空间开发过程中经常出现的基坑工程漏水漏砂引发的灾害问题,利用离散元和计算流体力学耦合的方法(DEM-CFD方法)对灾害的发展过程进行数值模拟分析。在室内试验、平面双轴数值模型、渗流模型的基础上确定了土体和流体的细观参数,建立数值模型,模拟研究两类典型地层(富水砂层、富水砂层上覆黏土层)发生漏水漏砂后的地层变形规律、土体损失规律以及地应力场发展变化规律。研究结果表明,对于富水砂层,漏水漏砂后基坑外部地表形成沉降槽,地表沉降最大值与地层损失率成正相关;地下水一方面加速土体的流失,另一方面使地层发生朝向漏点的集中运动。对于富水砂层上覆黏土地层,存在使地表拉裂的临界地层损失率,且上覆黏土层越厚,临界地层损失率越大;根据漏水漏砂后的地层应力状态可将地层分为空洞区、松动区、主拉应力区以及复杂应力区。研究成果对于基坑工程漏水漏砂灾害的治理与精细化控制具有参考意义。