隧洞稳定性分析与评价在实际工程中起着非常重要的作用,其中端部土体施工安全可靠是制约隧洞工程发展的重要难题,而工程中经常面临的问题包括涌水涌砂、地表突起、沉陷等。特别对于砂土地层隧洞而言,连续墙一经移除,端部土体缺少自稳性、防渗性,会引发洞口土体局部滑移和渗水,随着时间的推移,会出现大面积土体坍塌、涌水及涌砂,最后导致地表大范围沉陷,从而产生安全事故。因此,深入分析渗流条件下砂土地层隧洞端部土体滑移破坏过程以及影响因素,对于解决相关工程问题具有一定参考价值。本文基于PFC3D颗粒离散元软件,建立砂土地层隧洞端部土体数值模型,探讨端部土体滑移破坏的特点、变化规律和主要影响因素,并采用强度折减法和能量突变理论,对端部土体稳定性进行定量分析。论文研究内容主要包括以下三个方面:1、研究PFC3D数值建模分析方法,建立能反映颗粒与流体相互作用机理的流固耦合模型。首先,研究颗粒流接触模型,基于砂土的低黏结性特点,选择线性接触模型;其次,研究颗粒流数值模拟方法以及砂土微观参数标定方法,然后,研究颗粒流流固耦合模型,编写流固耦合Python脚本计算程序;最后,应用编写的流固耦合程序,进行算例分析和验证。2、建立砂土地层隧洞端部土体分析模型,研究流固耦合条件下端部土体滑移破坏规律,分析影响端部土体破坏的因素。首先,分析数值模型参数取值的合理性,而后生成颗粒流模型;随后,从地层移动、颗粒位移以及颗粒间力链,分析渗流条件下端部土体滑移变化规律;最后,选取土体摩擦系数、隧洞埋深及地下水埋深三个因素,分别研究其对隧洞端部土体稳定性的影响。结果显示,摩擦系数越大,隧洞埋深越深,地下水埋深越深,端部土体越稳定。3、基于强度折减法以及尖点突变理论,对端部土体稳定性进行定量评价。首先,对微观参数摩擦系数进行强度折减;其次,采用history命令得到模型的能量数据;最后,基于尖点突变理论构建的能量突变判据,计算端部土体稳定安全系数。基于该方法,分别计算了不同地下水埋深隧洞端部土体安全系数,计算结果表明,当地下水埋深超过隧洞底部高程时的安全系数显著下降,说明地下水水位对隧洞端部土体的安全性影响显著。