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列车振动作用下盾构隧道周边土体渗流侵蚀的离散元-孔隙网络耦合模拟

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对于建在砂土层的盾构隧道，渗漏水会携带细小土颗粒进入隧道，引发渗流侵蚀。列车振动显著影响隧道周围水和土体的运动特性，然而振动对隧道周边渗流侵蚀的影响尚不清楚。文章中采用离散元（DEM）和孔隙网络（PNM）耦合方法，研究了间断级配砂土中列车振动对渗流侵蚀的影响。首先，建立了单元尺度的土体试样模型，通过底部的流失缝模拟隧道接缝张开情况，在振动和静态条件下分别进行侵蚀。其中，选择了频率为30Hz、振幅为0.02mm的典型隧道管片振动模式并通过模型底部边界施加。结果表明，与静态情况相比，振动会导致更大的质量损失和更远的细颗粒迁移距离，还会阻碍细颗粒与粗颗粒间土拱的形成，从而降低土体的抗侵蚀能力。此外，振动还会导致孔喉面积频繁变化，加剧颗粒的重分布，增加细颗粒流失的可能性。文章的结果揭示了列车振动影响下盾构隧道周围渗流侵蚀的机理，为隧道运营期防灾提供了重要的参考。