隧道突泥破坏的耦合格子Boltzmann-离散元法模拟

摘要

为了探究隧道突泥灾害的灾变机制,开发了耦合格子Boltzmann–离散元法(LBM-DEM)数值计算平台并对隧道突泥破坏的演化过程进行了模拟,分析了致灾介质颗粒黏结强度、水压力及突泥口尺寸等因素对隧道突泥破坏特征的影响。结果表明:基于LBM-DEM模拟能再现隧道突泥破坏"启动、加速、缓慢和稳定"等连续4个阶段的演化过程;无黏结的致灾介质突泥破坏形态近似为直线,有一定黏结强度的致灾介质突泥破坏形态总体呈圆弧或抛物线状,突泥破坏区扩展范围和稳定后的突泥量随着颗粒间黏结强度的增大而逐渐减小;水压力越大,突泥灾害发生后突泥量增长越快,最终的突泥量也越大,且颗粒间黏结强度较大时水压力的这种影响越显著;当致灾介质颗粒间无黏结时,不同突泥口尺寸的模型在稳定后突泥量和破坏区范围基本相同,而当颗粒间形成一定强度的黏结后,突泥口尺寸越大,突泥灾害发生后突泥量增长越快,稳定后的突泥量也越多;隧道突泥破坏是致灾岩土介质、水压和开挖三者综合作用的结果。