地铁作为城市的一部分,随着城市的发展而日益兴起,对城市的交通运输起到了越来越重要的作用。对于首都城市北京,地铁的作用更为突出,地铁结构中的问题也受到了重视。随着“南水北调”工程的实施,北京地下水分布必然会发生改变,水环境的变化相应的会对地铁结构产生影响,研究北京地下水对地铁结构造成的影响具有很重要的意义和前瞻性,对预防由于地下水环境变化引起地铁结构的破坏有一定的指导作用。目前有关地下水环境变化对地铁结构产生的流固耦合效应的相关理论和研究还不多,本文结合渗流理论和损伤理论的相关知识,采用解析和数值模拟的方法,给出隧道结构在不同地下水水位下的受力和变形情况,根据已有的损伤模型,分析地下水水位上升时隧道结构的损伤,并在一定程度上量化了地下水升降影响下隧道结构的损伤。主要工作内容如下:(1)在惯用法基础上,推导出隧道结构在不同地下水位下的解析解,应用有限差分软件Flac3D对地下水不同水位下的隧道结构受力和变形进行模拟,建立与实际相符合的隧道模型。(2)在建立合理模型基础上,运用Flac3D中内置的渗流模块,对地下水作用下隧道结构的受力和变形进行数值模拟和分析。(3)在上述研究的基础上,考虑隧道结构渗透性变化对隧道结构的影响,运用损伤理论,找到隧道结构在地下水影响下的损伤演化方程,同时建立合理的损伤模型,并编制fish语言,将损伤模型内插入已有的模型中并进行修正,根据修正的损伤模型,分析地下水升降情况下隧道结构的损伤情况,一定程度上量化了地下水升降对隧道结构的影响。(4)通过研究表明,地下水位变化对隧道结构产生了一定的损伤,在一定范围内,这种损伤所产生的后果是不可忽略的。另一方面,地下水升降改变了隧道结构原有的受力分布,在新的应力分布与隧道结构的不均匀沉降共同作用下,很有可能使隧道结构产生裂缝,从而发生渗漏水等严重后果的发生。