重载铁路隧道隧底围岩劣化的CFD-DEM模拟研究

发布时间：2025-06-05 23:53

　　 研究目的:重载铁路隧道隧底结构较普通铁路受到更大的动力作用,列车动载-地下水耦合作用下隧底软弱围岩将发生劣化,甚至形成脱空,引发基地下沉、翻浆冒泥等一系列隧底病害。本文采用CFD-DEM耦合分析方法研究列车动载-地下水耦合作用下重载铁路隧道隧底软弱砂性土围岩劣化及脱空规律,为重载铁路隧道设计、施工及病害治理提供参考。研究结论:(1)列车动载-地下水耦合作用下隧底附近围岩细颗粒向两侧迁移流失,仰拱-围岩接触面形成局部脱空;(2)列车动载-地下水耦合作用下仰拱-围岩接触压力逐渐减小,隧底结构受力劣化,轨线位置最为明显;(3)列车轴重和行驶速度的增加将加速隧底围岩脱空及劣化的发展;(4)本研究成果可用于优化重载铁路隧道隧底结构设计,减少隧底病害,提高隧道的耐久性。

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

图1 PFC3D模型

围岩和隧底结构分别采用线性模型和平行黏结模型，PFC3D模型物理力学特性受颗粒尺寸和组装方式影响，采用三轴压缩和拉伸数值模型试验进行围岩和隧底结构细观参数标定。围岩细观参数:有效模量、刚度比、摩擦系数分别为0.25GPa、1.5、0.4，隧底建筑材料细观参数如表2所示。2.3....

图2 OpenFOAM模型

建立的OpenFOAM模型如图2所示。将仰拱-围岩接触面以及隧底结构两侧围岩表面设置为地下水出入口，其余边界均无地下水流动。模拟过程中假定隧底地下水流动状态受隧底结构振动控制，即地下水与隧底结构保持紧密接触，地下水流动速度与隧底结构振动速度保持一致。为了更加精确地描述隧底水流状....

图3 测点布置

考虑列车轴重、行驶速度对隧底围岩脱空劣化的影响规律，分别设置5种工况进行计算:行驶速度80km/h、轴重27t、无水;行驶速度80km/h，轴重25t、27t、30t，有水;行驶速度100km/h、轴重27t、有水。3结果分析

图4 围岩表面形态

列车轴重27t、行驶速度80km/h时，CFD-DEM耦合计算10000步后(后续计算均循环10000步)，有水、无水条件下隧底围岩表面形态如图4所示。无水条件下，列车动载作用后隧底结构和围岩接触良好，列车动载-地下水耦合作用后仰拱-围岩接触面形成局部脱空。列车动载作用前....

本文编号：4049467