基于颗粒离散元法的涵洞式水闸上覆填土应力位移场变化特征分析研究

高 飞

(广东粤源工程咨询有限公司，广州 510635)

1 概 述

水闸的设计与运营是水利工程中重要研究课题，其中又以涵洞式水闸结构设计为难点，开展涵洞式水闸安全稳定性设计以及结构验算对工程质量安全具有重要作用[1-3]。涵洞式水闸的稳定性与上覆填土层的负载息息相关，研究填土层力学状态对探讨涵洞安全性具有重要启示作用。由于填土层土料的力学性质与稳定性有关，因而张磊[4]、赵万杰等[5]、魏常琦[6]通过室内精密土工仪器设计开展土体的渗透、力学基础试验，获得土体重要渗流参数和力学参数，为涵洞变形、承载设计提供重要试验依据。另一方面，现场实时获取到的监测数据可较好反映土体稳定性状态，因而一些水闸等水工建筑中布设有监测传感器，通过分析工程现场实际数据，为水利工程运营提供重要预判参考[7-9]。

不论是室内试验亦或是现场监测，一定程度上均是需要大量的精力与成本，而离散单元法作为一种研究土颗粒、混凝土材料的重要仿真计算手段，借助其开展土体等岩土材料在水利工程运营荷载下的力学特征分析，为实际工程提供重要的计算参考[10-11]。本文利用离散单元法与PFC颗粒流软件，建立涵洞式水闸上覆填土层颗粒模型，开展填土层应力、变形场分析，为工程安全设计与运营提供重要参考。

2 离散单元法求解与建模

2.1 工程概况

粤北地区由于水利资源分布不均，规划修建一座水资源中转调度枢纽工程，该枢纽工程包括蓄水池、抽水泵站、拦污栅、承重结构墩、输水灌渠以及涵洞式水闸。……