TOPMODEL模型在岩溶地区的改进与应用

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遍布节理模型在层状岩体模拟中的适用性研究

第50 卷第 9 期2023年9 月Vol.50，No.9Sept. 2023湖南大学学报（自然科学版）Journal of Hunan University（Natural Sciences）遍布节理模型在层状岩体模拟中的适用性研究黄娟1，周世杰1，贾朝军1†，宋银涛1，张建2（1.中南大学土木工程学院，湖南长沙 410075；2.中铁五局集团有限公司，湖南衡阳 420002）摘要：为弥补遍布节理模型未考虑节理长度、间距及节理刚度的不足，利用三轴压缩数值试验和参数校准准则，对有限差分软件FLAC3D中的遍布节理模型进行参数校准. 通过圆形洞室开挖的算例，对比分析了遍布节理模型与3DEC块体离散元模型的计算结果在位移、塑性区以及最大主应力上的差异. 依托具有典型层状围岩的新华山隧道工程，采用校准的遍布节理模型和离散元方法分析隧道开挖和初期支护后的力学响应. 最后探讨了层理角度对围岩变形和塑性区的影响，进一步验证校准后的遍布节理模型在工程中的适用性. 研究表明，经过校准的遍布节理模型能够较好地描述层状岩体的各向异性行为，可应用于类似工程之中.关键词：岩石力学；各向异性；遍布节理模型；隧道开挖中图分类号：TU45 文献标志码：AApplicability of Ubiquitous-Joint Model in Layered Rocks Simulation HUANG Juan1，ZHOU Shijie1，JIA Chaojun1†，SONG Yintao1，ZHANG Jian2（1.School of Civil Engineering， Central South University， Changsha 410075， China；2.China Railway No.5 Engineering Group Co.， Ltd.， Hengyang 420002， China）Abstract：To address the limitations of the Ubiquitous-Joint model which does not consider the effects of joint length， joint spacing， and joint stiffness， the parameters of the Ubiquitous-Joint model in FLAC3D were calibrated using triaxial compression numerical tests and parameter calibration criteria. The distinctions of modeling results between the Ubiquitous-Joint model and the 3DEC model including the deformation，the plasticity zone，and the maximum principle stress were compared and analyzed by an example of circular tunnel excavation. Based on the Xinhua Mountain Tunnel project with typical layered rock mass，the deformation and failure mode were analyzed with the calibrated Subiquitous model and discrete element method after the tunnel was excavated and primary support finished. Finally，the deformation and plastic zone of surrounding rock influenced by bedding angle was discussed，which further verified the applicability of the calibrated Subiquitous model in engineering. The results confirm that the calibrated Subiquitous model is capable to well describe the anisotropic behavior of layered rock，which can be applied to similar engineering projects.Key words：roke mechanics；anisotropy；Ubiquitous-Joint model；tunnel excavation∗收稿日期：2022-08-02基金项目：国家自然科学基金资助项目（U1934211），National Natural Science Foundation of China（U1934211）作者简介：黄娟（1977—），女，湖北荆州人，中南大学副教授，博士† 通信联系人，E-mail：******************.cn文章编号：1674-2974（2023）09-0131-11DOI：10.16339/ki.hdxbzkb.2023109湖南大学学报（自然科学版）2023 年层状岩体是岩土与地下工程建设中经常遇到的一类岩体，在自然界中广泛分布. 长期地质构造作用下所形成的层理面使岩体在强度和变形等方面都表现出明显的各向异性，这对隧道开挖时岩体锚固［1］、衬砌开裂、仰拱隆起［2］等工程问题有着显著的影响.因此，层状岩体的力学行为与响应机制研究具有重要意义与研究价值.近年来，随着材料本构不断完善以及计算机技术的更新迭代，越来越多的数值模拟技术用于岩体力学特性的研究，为室内试验或现场测试的局限性提供了补充和解决办法. 王培涛等［3］应用颗粒流软件PFC2D研究了不同层理角度的黑云变粒岩的强度特性. Singh等［4］通过UDEC探究了节理岩体在单轴加载条件下产生高侧向应变的原因. 刘爱华等［5］采用有限元软件ANSYS模拟了不同层面倾角的岩体抗拉、抗压试验下的破坏形态. 此外一部分学者还将有限元法［6-7］、有限差分法［8］、离散元法［9］、有限-离散元法［10］、真实破裂过程分析方法［11］等数值方法应用于模拟层状围岩地下洞室的变形和破坏机理等方面.虽然数值模拟方法繁多，但相比之下，采用离散元法能够最有效地描述层状岩体等不连续材料的力学性能［12］. 然而，考虑到离散元法计算的效率，若要模拟全部的节理或层理构造以进行某些大型地下工程的开挖掘进是不太可取的［13］. 近年来，有学者研发了高效颗粒离散元软件MatDEM［14］，但颗粒离散元软件很大程度上依赖于本构参数的准确标定，且该软件暂未广泛应用于层状岩体模拟之中. 为了避免这些限制，通常可以采用FLAC3D中的遍布节理模型来表示一些层状各向异性岩体. 例如，蒋青青等［15］采用FLAC3D内置的Ubiquitous-Joint模型分析了层状岩质边坡开挖过程中层理倾角和倾向与安全系数之间的关系. 朱泽奇等［16］、周鹏发等［17］采用改进的Ubiquitous-Joint模型模拟了层状围岩地下洞室开挖时的变形和破坏. Sainsbury等［18］针对岩体中普遍存在的随机节理，通过建立与主节理或层理方向正交的节理集，并提出遍布节理模型参数修正准则，较好地描述了自然界中各向异性岩体强度和变形特性.然而，目前遍布节理模型中参数的物理意义不够明确，不能由试验结果直接获取. 由于遍布节理模型没有考虑节理间距和节理刚度，如果直接将其材料参数与离散元模型的岩块和结构面参数赋值一致，模拟结果不能真实地反映实际工程中的岩体强度或变形. 因此，需要对遍布节理模型的参数进行校准修正，以便为工程设计或施工提供有意义的参考.本文通过总结部分学者对层状各向异性岩体的研究，在Sainsbury研究的基础上，分别采用FLAC3D 中的Ubiquitous-Joint模型和Softening-ubiquitous模型（考虑应变软化的Ubiquitous-Joint模型，以下简称Subiquitous模型）以及块体离散元软件3DEC对层状岩体的力学特征进行模拟并作对比分析. 基于校准后的Subiquitous模型，通过分析新华山隧道开挖和支护过程，揭示层理对围岩变形和破坏特征的影响，验证遍布节理模型的适用性.1 （应变软化）遍布节理模型在FLAC3D中，遍布节理模型有Ubiquitous-Joint 和Subiquitous模型两种. Ubiquitous-Joint模型［19］对应于摩尔-库仑模型，即在摩尔-库仑体中加入节理面，该节理面也服从摩尔-库仑屈服准则，使材料表现出强度各向异性. Ubiquitous-Joint模型同时考虑了岩石基质和节理的物理力学属性，必须在模型的指定区域内同时赋予基质和节理的参数.节理面的破坏包括拉伸和剪切破坏，如图1所示，其中剪切破坏包络线AB表示为f s=0：f s=τ+σ3′3′tanϕj-c j=0.（1）拉伸破坏包络线BC表示为f t=0：f t=σ3′3′-σt j=0.（2）式中：ϕj、c j和σt j分别为节理面的内摩擦角、黏聚力和抗拉强度；σ3′3′为节理面上的正应力.该模型的计算公式中未涉及节理的间距、长度以及岩层的弯曲刚度等. 如果不对相应的力学参数进行校准，可能会得到错误的岩体强度和变形响应. Subiquitous模型［19］是广义的Ubiquitous-Joint模型，该模型中基质和节理强度符合双线性摩尔-库仑准则，且允许材料基质和节理的强度发生硬化或软图1 节理面破坏准则Fig.1 Joint failure criterion132第 9 期黄娟等：遍布节理模型在层状岩体模拟中的适用性研究化. Subiquitous 模型和Ubiquitous-Joint 模型都是先根据摩尔-库仑准则检测基质的屈服，并进行相应的塑性修正，然后分析在新的应力状态下节理面上的破坏，在材料未达到极限强度前力学行为一致.在遍布节理模型中，弱面对岩体强度的影响通常与Jaeger 提出的单弱面理论［20］进行比较. 单弱面理论指出，当1-tan ϕtan β>0时，若满足式（3）则会发生结构面的剪切破坏.σ1≥σ3+2()c +σ3tan ϕ(1-tan ϕtan β)tan β.（3）式中：c 、ϕ分别为结构面的黏聚力和内摩擦角；β为结构面的倾角. 当1-tan ϕtan β<0时，岩体不会沿结构面破坏，只会发生基质的破坏. 故该理论只允许出现沿结构面的剪切滑移破坏和基质的破坏两种破坏模式.图2为Ubiquitous-Joint 模型［19］和Jaeger 单弱面理论的岩体承载强度与结构面倾角的关系的对比，可以看出两者紧密匹配.图2中ϕw 为结构的内摩擦角，其中曲线为带有“肩部”的“U ”形曲线. 当β<ϕ或β=90°时，岩体强度与弱面无关.图3为部分已有的层状岩体三轴压缩试验研究［21-24］，由图3可知，岩体的强度随着层面倾角连续变化，这一特征也得到了许多研究人员的验证. 而单弱面理论不能充分描述自然存在的层状岩体的各向异性. 遍布节理模型也存在同样的局限性，故需要进一步探讨其适用性.2 遍布节理模型与离散元模型的对比为了探讨遍布节理模型对层状岩体模拟的有效性，针对已有的层状页岩三轴压缩试验结果，采用FLAC3D 建立与试样同等规模的数值模型，用其内置的Ubiquitous-Joint 模型和Subiquitous 模型进行分析计算，并与3DEC 的模拟结果作比较.2.1 三轴压缩试验模拟中的比较2.1.1 块体离散元方法和Ubiquitous-Joint 模型为了研究层状岩体的强度和变形特性，参考页岩［22］的三轴压缩试验数据（如图4所示），使用3DEC 建立了直径50 mm 、高100 mm 的标准圆柱体模型. 层理倾角分别设置为0°、15°、30°、45°、60°、75°和图2 Ubiquitous-Joint 模型三轴抗压强度值与Jaeger 解析解的比较Fig.2 Comparison of triaxial compressive strengthvalues-Ubiquitous-Joint model versus analytical solution （a ）层状砂岩［23］（b ）层状页岩［22， 24］（c ）层状片岩［21］图3 层状岩体三轴压缩强度随倾角变化特性Fig.3 Variation of triaxial compressive strengthof layered rock mass with bedding angle133湖南大学学报（自然科学版）2023 年90°，层厚5 mm ，岩体参数标定结果见表1. 同时基于Ubiquitous-Joint 本构模型建立了类似的FLAC3D 模型，将表1中的岩体参数直接用作模型中岩石基质和节理的参数输入，3DEC 模型和Ubiquitous-Joint 模型的强度响应如图4所示.正如预期，离散元模型随着β角的增大而遵循连续变化的强度曲线. 其与室内试验不同倾角下的峰值强度相对误差小于8%，结果基本吻合. Ubiquitous-Joint 模型在β角小于15°时其强度不受节理的影响，与室内试验结果相差超过20%，这种“U ”形强度曲线上的肩部清楚地表明了模型的局限性.提取较为典型的层理倾角为60°时岩石破坏模式的试验结果与模拟结果，如图5所示.可知此时岩石表现为沿层理面的滑移破坏，其中从离散元模型结果可以看到层理面的错动，与试验结果一致. 而Ubiquitous-Joint 模型显示大量的节理剪切破坏，但无法得知具体的破裂面位置和破裂形态.图6表示了不同倾角下离散元模型和Ubiquitous-Joint 模型的弹性模量和应力-应变曲线.由图6可知，Ubiquitous-Joint 模型没有体现出峰后的应变软化行为. 当直接在模型中采用3DEC 岩石块体的刚度参数时，所得到的弹性模量明显高于3DEC 的模拟结果，这是Ubiquitous-Joint 模型未考虑节理刚度和节理间距导致的，在实际工程中要特别注意这一点.（a ）弹性模量变化曲线（b ）应力-应变曲线（0°~45°）（c ）应力-应变曲线（60°~90°）图6 两种模型的弹性模量和应力-应变曲线Fig.6 Elastic modulus and stress-strain curve of discontinuumand Ubiquitous-Joint model图4 离散元和Ubiquitous-Joint 模型强度各向异性曲线Fig.4 Anisotropic strength curves of discontinuum andUbiquitous-Joint model表1 岩石和节理力学参数Tab.1 Rock and joint mechanical properties层间结构面黏聚力/MPa22（°）19（GPa•m -1）20（GPa•m -1）10 （a ）试验结果（b ）3DEC 模型（c ）UB-Joint 模型图5 层理倾角60°时岩石破坏模式Fig.5 Failure mode of rock with bedding angle of 60°134第 9 期黄娟等：遍布节理模型在层状岩体模拟中的适用性研究因此，建议不要将3DEC 中的岩石块体和节理参数直接用作Ubiquitous-Joint 模型的参数，为使其产生有意义的结果，需要对岩石基质和节理参数进行校准，以匹配离散元模型的结果. 以下将对此进行探讨.2.1.2 考虑应变软化的Subiquitous 模型参数校准与Ubiquitous-Joint 模型相比，Subiquitous 模型在校准岩石基质和节理参数方面提供了更大的灵活性. 通过双线性软化关系，可以更好地表示层状岩体的强度和变形特性. 其参数校准准则如下［18］：1）将离散元模拟结果视为实际层状岩体的各向异性行为.2）节理黏聚力和内摩擦角的初始值不变，岩体达到峰值后，节理黏聚力与岩体基质黏聚力以相同的速率软化至0.3）校准岩石基质的强度和变形响应，以补偿节理刚度和节理间距参数的缺失.β在0°和90°的情况下，试样的峰值强度取决于岩石基质的黏聚力和内摩擦角，这些参数对应于β=0°时的离散元模型的强度响应进行校准. 岩体基质和节理黏聚力的软化速率参考离散元模型的结果.在整个校准过程中，强度和刚度参数以及试样的破坏过程都得以考虑. 比较离散元模型和Subiqui‑tous 模型的破坏模式，将其分为劈裂张拉破坏（β为90°时）、剪切滑移破坏（β为60°时）和复合破坏（β为30°时）. 通过监测加载过程中基质的屈服和节理的滑移剪切，可以揭示试样的破坏机制.前文中的三轴压缩数值试验已用Subiquitous 模型重建，采用经过校准的参数，具体取值见表2.离散元模型和Subiquitous 模型的各向异性“U ”形曲线如图7所示，并与开始的Ubiquitous-Joint 模型的结果进行了比较. 经过校准后的Subiquitous 模型随着β角的增大同样遵循连续变化的强度曲线，与离散元模型的结果更加贴切.图8显示了Subiqui‑表2 校准的Subiquitous 模型力学参数Tab.2 Calibrated mechanical properties of Subiquitousmodel弹性模量/GPa 32泊松比0.25黏聚力/MPa 47.5内摩擦角/（°）29节理黏聚力/MPa 22节理内摩擦角/（°）19图7 离散元和Subiquitous 模型强度各向异性曲线Fig.7 Anisotropic strength curves of discontinuumand Subiquitous model（a ）弹性模量变化曲线（b ）应力-应变曲线（0°~45°）（c ）应力-应变曲线（60°~90°）图8 弹性模量变化曲线及不同角度下的应力-应变曲线Fig.8 Elastic modulus and stress-strain response ofdiscontinuum and Subiquitous model135湖南大学学报（自然科学版）2023 年tous模型在不同层理倾角下的应力-应变曲线和弹性模量的变化，都与离散元模型更紧密地匹配.2.2 二维圆形隧道开挖分析为了验证2.1节中开发的校准后的Subiquitous模型在工程中的应用效果，建立了一个圆形隧道模型，研究隧道开挖后的力学响应，该模型是在不考虑重力加速度的各向同性应力场中模拟的. 为了比较模拟效果，建立了岩层厚度0.5 m的3DEC模型和等效的Ubiquitous-Joint模型. 模型参数取值见表3和表4. 图9比较了隧道开挖完成时每个模型的塑性区、位移和最大主应力.3DEC模型中显示隧道侧壁中有少量岩石块体的拉伸破坏，层理的剪切滑移破坏主要在洞顶和底部沿垂直层理方向延伸约2 m. 位移场分布明显受到了层理的影响，最大位移约为20 mm. 图10显示的是3DEC模型放大20倍的变形状况，在隧道顶部和底表3 模型材料参数Tab.3 Details of model material层间岩体层间结构面弹性模量/GPa2.69黏聚力/MPa0.08泊松比0.28内摩擦角/（°）20黏聚力/MPa1.64法向刚度/（GPa•m-1）3内摩擦角/（°）45.5剪切刚度/（GPa•m-1）1.15表4 校准的Subiquitous模型力学参数Tab.4 Calibrated mechanical propertiesof Subiquitous model弹性模量/GPa1.8泊松比0.34黏聚力/MPa1.5内摩擦角/（°）47节理黏聚力/MPa0.08节理内摩擦角/（°）20图9 5 m直径的圆形隧道开挖后的塑性区、位移和最大主应力Fig.9 Plastic zones， displacement and major principal stress around 5 m-diameter tunnel136第 9 期黄娟等：遍布节理模型在层状岩体模拟中的适用性研究部可以清楚地看到岩层的弯曲.Ubiquitous-Joint 模型（直接对岩石基质和节理赋予和3DEC 中块体和节理相同的参数）中没有显示出基质的屈服破坏，而主要为节理的滑移和拉伸破坏，在隧道顶部和底部延伸约4 m ，模型的最大位移明显小于3DEC 模型. 节理拉伸破坏导致区域周围出现显著的应力重分布，其破坏机制是因为遍布节理模型的公式中没有考虑岩层的弯曲刚度. 经过校准的Subiquitous 模型的隧道侧壁上也有少量的基质拉伸破坏，使得隧道周围出现更具有代表性的应力重分布，其位移场也更接近3DEC 模型.3 工程验证为了更好地研究Subiquitous 模型在实际工程中的使用性能，以新华山隧道为例，探讨隧道开挖以及在支护结构作用下围岩的变形和破坏特性，并通过现场实测数据验证模型的可靠性.3.1 工程概况和工程地质新华山隧道位于湖南省张家界市和湖南省湘西州永顺县境内. 该隧道为单洞双线隧道，起止里程为DK26+104.00-DK32+034.49，全长5 930.49 m ，最大埋深约为383 m ，开挖高度和宽度分别为12.64 m 和14.96 m.新华山隧道所处地貌为剥蚀低山地貌，地势较起伏，山坡自然坡度一般为30°～70°. 隧道穿越地层受区域构造影响严重，节理裂隙发育、岩体破碎. 本文以新华山隧道进口段DK26+490断面附近为研究对象. 根据前期地质勘查资料，新华山隧道围岩主要为层状特征较明显的炭质页岩，由于其所具有的各向异性和开挖后风化较快等特殊工程特性，使得隧道的开挖引起软弱围岩向洞内发生不均匀对称的变形.3.2 模型建立根据纵断面图可以发现，所模拟区段的埋深约110 m ，运用FLAC3D 建立如图11所示模型.为降低模型中的单元数量，仅在模型中创建部分上覆岩体，并通过在地层上表面施加荷载模拟其余上覆岩体的自重应力. 设定模型x 、y 、z 三个方向上的尺寸分别为100 m 、50 m 和100 m ，采用位移边界条件，除上表面外，其余5个边界面约束法向位移. 模型中，岩体层理倾角采用现场调查得到的层理倾角，即为75°. 隧道采用三台阶法开挖，模拟区段并未施做二次衬砌，故模型中支护体系仅包括锚杆和初期支护，相关力学计算参数根据支护设计方案确定（见表5）. 采用3DEC 建立同等规模的模型，根据现场测试以及《铁路隧道设计规范》（TB 10003―2016）取得如表6所示参数. 其中节理刚度参数参考文献［25］，并执行2.1节的校准程序取得Subiquitous 模型的参数，如表7所示.图10 3DEC 中显示的岩层弯曲变形（放大20倍）Fig.10 Bending deformation of bedding rock sown in 3DEC（magnified 20 times）图11 数值模型及细部构造（单位：m ）Fig.11 Numerical model and detailed construction （unit ： m ）表5 支护结构计算参数Tab.5 Parameters for the support system锚杆初衬截面积/mm 2153厚度/cm 28弹性模量/GPa 200密度/（kg•m -3）2 400砂浆刚度/MPa 50弹性模量/GPa 28砂浆黏聚力/kPa 400泊松比0.2砂浆摩擦角/（°）60137湖南大学学报（自然科学版）2023 年3.3 数值模拟结果与分析根据上述参数和模型，计算得到隧道中部横截面处（Y=25 m）开挖并施加初期支护后的围岩变形和块体塑性区以及节理塑性区情况如图12所示，从中可以看出：1）两种模拟方法的围岩变形和塑性区响应非常接近，说明经过校准后的Subiquitous模型能够较好地体现层状岩体的力学特性.2）隧道开挖完成后实测拱顶沉降和水平收敛分别为259.9 mm和173.5 mm，而3DEC中拱顶沉降和水平收敛分别为243.9 mm和160.2 mm，与实测值的差异分别为-5.4%和-7.6%，FLAC3D中分别为282.5 mm和189.2 mm，与实测值的差异分别为8.7%和9.0%，差异性较小，表明建立的模型能够较好地反映新华山隧道开挖及初期支护后的变形情况. 3）受层理的影响，拱顶和拱底都朝着层理倾角方向产生位移梯度，围岩位移场呈现出显著的不对称性，这也与现场观察到的非对称变形情况相符合. FLAC3D中边墙附近围岩位移比3DEC稍大，是因为Subiquitous模型无法表示完整岩层的屈曲变形，而岩层的厚度对围岩位移有重要影响.4）隧道开挖扰动作用下，围岩产生了节理剪切破坏、节理张拉破坏、岩石基质剪切破坏和岩石基质张拉破坏4种类型的破坏，主要处于节理和基质的剪切破坏状态，且大部分围岩体同时出现了多种破坏模式. 围岩塑性区分布也显示为极不对称性，围岩深部的塑性区主要集中在左拱脚和右拱肩. 3DEC中少量的节理张拉破坏沿洞周分布，FLAC3D中节理张拉破坏更少，这也与Subiquitous模型无法解释岩层间距有关. 基质的张拉破坏只出现在隧道底部，拱顶的塑性区范围都很小.图13给出了3DEC和FLAC3D模型（与实际掘进过程一致）Y=25 m断面处的拱顶沉降监测曲线与现场监测数据的比较，可以发现，3DEC与实测数据更为接近，而FLAC3D中采用Subiquitous模型的计算结果也能较好地吻合.综合以上分析，校准的Subiq‑uitous模型在工程中有较好的实用性，能为相应工程表6 岩石和层理面力学参数Tab.6 Rock and bedding plane mechanical properties层间岩体层理面弹性模量/MPa250黏聚力/kPa60泊松比0.37内摩擦角/（°）15黏聚力/kPa150法向刚度/（GPa•m-1）1内摩擦角/（°）23剪切刚度/（GPa•m-1）0.5表 7 校准的Subiquitous模型力学参数Tab.7 Calibrated mechanical propertiesof Subiquitous model弹性模量/MPa190泊松比0.40黏聚力/kPa140内摩擦角/（°）25节理黏聚力/kPa60节理内摩擦角/（°）15图12 离散元和校准的Subiquitous模型位移和塑性区对比Fig.12 Comparison of displacement and plastic zones of discontinuum and calibrated Subiquitous model138第 9 期黄娟等：遍布节理模型在层状岩体模拟中的适用性研究提供参考，且层理的存在对围岩的变形和破坏有重要影响. 此外，就计算效率而言，两者计算时长相差30~40倍.3.4 层理倾角对隧道开挖的影响当隧道施工穿越炭质页岩地层时，围岩和支护结构的变形很可能因围岩层理倾角的变化产生显性差异. 为分析层理倾角对围岩和支护结构变形的影响，用FLAC3D 依次建立层理倾角为0°、30°、45°、60°和90°等5种工况的仿真模型. 采用校准的Subiquitous 模型，除倾角外其余参数保持不变. 计算得到岩体围岩和支护结构的变形以及围岩塑性区分布，如图14所示，提取各个角度下拱顶的沉降得图15所示曲线. 由图14、图15可知：1）围岩和支护结构的变形显著受到层理倾角的影响. 层理倾角从0°到90°变化过程中，初期支护拱顶沉降呈现出倒“V ”形变化，即先增大后减小，45°时达到最大值. 位移场分布随着倾角改变，只有0°和90°时存在对称性.2）隧道开挖引起的塑性区形状和范围与层理倾角密切相关. 0°时塑性区范围最小，当层理倾角小于30°时，围岩深部塑性区沿垂直于层理方向发展；而当倾角为75°~90°时，深部塑性区主要沿层理方向发展；层理倾角为45°~60°时，塑性区呈现出“X ”形状，且范围较大，与前文所述岩体在45°~60°时强度较低相对应，表明该倾角范围内易使隧道围岩产生破坏.4 结论本文通过对比分析遍布节理模型与离散元模型在层状岩体三轴压缩以及层状围岩隧道开挖应用中的模拟效果，探讨采用等效参数的遍布节理模型在层状岩体模拟中的适用性，得出以下结论：1）离散元模型能够更好地体现层状岩体的变形图13 实测和模拟的拱顶沉降（Y =25 m ）Fig.13 Measured and simulated vault settlement （Y =25 m）图14 不同层理倾角下围岩变形和塑性区Fig.14 Deformation and plastic zone of adjacent rock mass at various bedding angles拱顶沉降/m m层理倾角/(°)图15 拱顶沉降随层理倾角的变化Fig.15 Vault settlement varies with bedding angles139湖南大学学报（自然科学版）2023 年和破坏特性，但若考虑计算效率，更适合于描述中小尺度层状岩体力学性质；而遍布节理模型由于其本身对节理裂隙考虑的不足，在模拟层状岩体时，需要对部分参数（弹性模量、泊松比以及岩石基质的黏聚力和内摩擦角）进行修正才能用于工程分析，且更适用于大尺度工程岩体的力学行为研究.2）对于新华山隧道工程而言，两种模型在网格单元划分接近的情况下，计算效率相差30~40倍，而校准的遍布节理模型得到的围岩位移与实测结果分别相差8.7%和9.0%，差异性较小，表明该模型兼顾效率的情况下准确度良好.3）层理弱面的抗剪强度和抗拉强度较低，故层状岩体在工程扰动的情况下，容易造成层理剪切滑移破坏以及张拉破坏，在工程中要重点关注.参考文献［1］GAO M，LIANG Z Z，JIA S P，et al．An equivalent anchoring method for anisotropic rock masses in underground tunnelling［J］．Tunnelling and Underground Space Technology，2019，85：294-306．［2］CHEN Z Q，HE C，XU G W，et al．A case study on the asymmetric deformation characteristics and mechanical behaviorof deep-buried tunnel in phyllite［J］．Rock Mechanics and RockEngineering，2019，52（11）：4527-4545．［3］王培涛，杨天鸿，于庆磊，等．含层理构造黑云变粒岩单轴压缩试验及数值模拟［J］．东北大学学报（自然科学版），2015，36（11）：1633-1637．WANG P T，YANG T H，YU Q L，et al．Uniaxial compression testand numerical simulation of stratified biotite granulite［J］．Journal of Northeastern University （Natural Science），2015，36（11）：1633-1637．（in Chinese）［4］SINGH M，SINGH B．High lateral strain ratio in jointed rock masses［J］．Engineering Geology，2008，98（3/4）：75-85．［5］刘爱华，董蕾，董陇军．节理岩体强度参数的数值模拟及工程应用［J］．中南大学学报（自然科学版），2011，42（1）：177-183．LIU A H，DONG L，DONG L J．Numerical simulation andengineering application of strength parameters of jointed rock mass［J］．Journal of Central South University （Science andTechnology），2011，42（1）：177-183．（in Chinese）［6］DO N A，DIAS D，DINH V D，et al．Behavior of noncircular tunnels excavated in stratified rock masses - Case of undergroundcoal mines［J］．Journal of Rock Mechanics and GeotechnicalEngineering，2019，11（1）：99-110．［7］赵勐，肖明，陈俊涛，等．地震动斜入射下层状岩体隧洞接触响应分析［J］．湖南大学学报（自然科学版），2021，48（5）：129-139．ZHAO M，XIAO M，CHEN J T，et al．Analysis on contactresponse of tunnel in layered rock mass subjected to obliquelyincidence earthquake［J］．Journal of Hunan University （NaturalSciences），2021，48（5）：129-139．（in Chinese）［8］左双英，叶明亮，唐晓玲，等．层状岩体地下洞室破坏模式数值模型及验证［J］．岩土力学，2013，34（S1）：458-465．ZUO S Y，YE M L，TANG X L，et al．Numerical model andvalidation of failure mode for underground Caverns in layered rockmass［J］．Rock and Soil Mechanics，2013，34（S1）：458-465．（inChinese）［9］SUN X M，ZHAO C W，ZHANG Y，et al．Physical model test and numerical simulation on the failure mechanism of the roadway inlayered soft rocks［J］．International Journal of Mining Scienceand Technology，2021，31（2）：291-302．［10］DENG P H，LIU Q S，HUANG X，et al．FDEM numerical modeling of failure mechanisms of anisotropic rock masses arounddeep tunnels［J］. 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BIM技术在岩溶区桥梁桩基施工中的应用研究

BIM技术在岩溶区桥梁桩基施工中的应用研究摘要:桥梁桩基施工过程中可能会的遇到复杂地质条件，如岩溶区，溶洞地质会直接影响桩基施工质量以及施工安全，施工过程中需要对岩溶区域进行处理，保证桥梁桩基施工工作能够顺利进行。

由于岩溶区地下情况复杂多变，地层平面分布不均匀，在开展地质勘察工作时，勘察人员无法更加清晰的了解溶洞体积以及分布情况，给桩基施工造成较大困难的同时，也会造成施工建设企业经济的浪费。

将BIM技术应用在岩溶区桥梁施工当中，能够对溶洞进行可视化处理，让施工人员明确溶洞位置，选择合适的桩基施工技术进行施工。

关键词:BIM技术；岩溶区；桥梁桩基施工；应用研究岩溶区进行桥梁桩基施工的过程中，桩基施工质量会受到溶洞处理效果的影响，因此，施工人员在开展施工工作时，需要做好溶洞的处理工作。

但是由于勘察人员所应用的勘察仪器、设备等不够先进，无法实现对溶洞整体情况进行清晰的勘察，施工人员不能全面了解施工的整体情况，从而的出现桩基质量差、留存溶洞隐患等问题，导致桩基施工无法达到预期的施工效果。

1BIM技术在岩溶区桥梁桩基施工中应用的重要性桥梁工程施工规模较大，并且其中所应用的构件等体积也较大，给施工工作造成了较大的难度，如果出现岩溶等复杂的地质条件，会造成施工进度缓慢或者是施工质量出现问题。

针对于桥梁桩基施工中所面临岩溶地质条件，应采取合适的方式对其进行处理，避免影响桥梁桩基施工的稳定运行。

桥梁桩基施工工作与其他建筑施工相比，施工设计和施工过程都存在较大的困难，为了能够保证桩基质量，提高桩基整体的稳定性，促进桥梁工程符合桥梁施工标准。

桥梁桩基施工过程受到岩溶地质条件的影响，不仅会导致桥梁桩基施工质量降低，还可能会导致安全事故的发生，给施工人员的人身安全造成严重威胁。

将BIM技术在岩溶区桥梁桩基施工中应用，可以帮助施工人员了解溶洞实际情况，从而制定合适的桩基施工方案以及选择合适的桩基施工技术，保证最终桩基施工效果[1]。

基于钻孔地层数据的岩土三维地层模型构建方法与应用

基于钻孔地层数据的岩土三维地层模型构建方法与应用随着建筑工程和地质勘探的发展，对岩土地层模型的精确建立和应用变得越来越重要。

而基于钻孔地层数据的地层模型构建方法成为一种常用且有效的手段。

本文将介绍基于钻孔地层数据的岩土三维地层模型构建方法，并探讨其在工程领域的应用。

首先，基于钻孔地层数据的岩土三维地层模型构建方法主要包括以下几个步骤。

首先，需要收集并整理现有的钻孔数据，包括钻孔的位置、孔内地层的描述、地层的厚度和性质等信息。

然后，对钻孔数据进行质量控制，包括检查数据的准确性和完整性，并对数据进行插补和处理，以填补可能存在的空缺和缺失数据。

接下来，根据钻孔数据的空间分布，使用地质统计学方法进行地层的空间插值，以生成连续的地层模型。

最后，通过可视化和数据分析等手段对地层模型进行验证和优化。

基于钻孔地层数据的岩土三维地层模型构建方法具有以下优点。

首先，钻孔是获取地下地层信息的直接手段，可以提供较为准确和详细的地质数据。

其次，通过对钻孔数据的插值和处理，可以获取连续的地层模型，有助于分析地层的空间分布和性质。

此外，基于钻孔地层数据构建的地层模型可以与其他地质、工程和环境数据进行集成分析，为工程规划和决策提供支持。

在工程领域，基于钻孔地层数据的岩土三维地层模型具有广泛应用。

首先，它可以用于工程设计和施工前的地质调查和评价，为工程规划和设计提供可靠的地质基础。

其次，地层模型可以用于工程地质风险评估和预测，帮助识别地质灾害风险和优化工程设计。

此外，地层模型还可以用于地下水资源的评价和管理，为地下水开发和保护提供科学依据。

总而言之，基于钻孔地层数据的岩土三维地层模型构建方法是一种有效的手段，可以为建筑工程和地质勘探提供准确、可靠的地质信息。

其在工程领域的应用具有重要的意义，有助于提高工程的安全性和可持续性。

在未来的研究中，可以进一步探索和优化地层模型构建方法，以适应更复杂的地质条件和工程需求。

地下水流数值模拟的研究在广西岩溶地区的实际应用

地下水流数值模拟的研究在广西岩溶地区的实际应用袁小林（天津济润石油海运服务有限公司，中国天津 300456）【摘要】广西地下水水量丰富，其中地下水中的岩溶水所占比重较大。

数值模拟方法是评价地下水资源量、模拟自然界一些水文地质过程发生和发展的主要方法和手段之一。

结合地下水数值模拟，将其在广西岩溶地区的应用加以说明，及其研究的必要性。

关键词地下水流；数值模拟；岩溶地区；应用１广西地下水概况广西陆地区域面积23.67万km2，其中山地53.1%、丘陵21.7%、平原22.4%、水域2.8%。

地势总特点是西北高、东南低，沿海地带低平，地形复杂。

由于区内四周山岭连绵、层峦叠嶂，形成周高中低之势，固有广西盆地之称。

广西地下水类型可分为孔隙水、岩溶水和裂隙水等3种，含水岩类划分为松散岩类、红层钙质砾岩类等8类。

广西盆地边缘为中低山地貌，在这些边缘山区，沟谷切割强烈，地形坡度大，在基岩裂隙水分布去，其富水性往往与构造裂隙发育程度呈正相关，分布不均匀，呈网状及条带状分布。

桂北、桂东、桂南中地下水相对丰富，桂西、桂中的丘陵、盘地边缘区地下水相对匮乏，盘地中心地段，多为岩溶峰从谷地，峰林平原，由于地势低平，地表水流缓慢，有利于降水和地表水入渗，该类型地貌中的碳酸盐岩，岩溶发育相对均匀，具有良好的储水空间，特别是具有降水和侧向基岩裂隙水的暗中补给，地下水埋藏较浅，水量丰富。

２地下水流数值模拟的研究现状20多年来,随着电子计算机和数值方法的发展,数值模拟逐渐取代传统的模拟技术,成为研究地下水运动规律和定量评价地下水资源的主要手段,而且其发展趋势已远远超出作为一种计算手段的原有范畴,成为模拟一些水文地质过程发生、发展的主要手段。

无论从理论上还是实践上,对于多孔介质饱和带中地下水流运动机理的认识是明确的,模拟饱和带地下水流的模型是成熟的,应用也是最广泛的。

已有许多使用灵活的计算机软件可供使用。

近年来对于饱和带地下水流模拟的研究主要集中在:三维流模型开发；流速场与流线的计算方法；非均质参数的区域概化；繁杂数据的优化处理。

基于岩溶模式的溶洞储集体三维地质建模

基于岩溶模式的溶洞储集体三维地质建模李永强;侯加根;刘钰铭;李春晓;马晓强;韩东【摘要】In this study, we built a 3D model of cave reservoirs for different types and sizes respectively based on karst pat-terns. Based on that impedance attribute has a good corresponding relationship with cave reservoirs, and caves have different ranges of impedance values in different karst zones, we present a method to construct a model using different seismic imped-ance truncations for different karst zones and then correct the model using prior geological patterns empirically. Small-scale caves have similar genetic type of karstification with large scale caves, so taking large-scale cave model in different karst zones as training images, we established the model of small caves using multiple point geostatistical simulation with the cave interpretation of well logs as the hard data and development probability as the soft data. This model can both match the hard data and reflect the geological distributions of cave reservoirs.%针对波阻抗属性可以较准确地识别大型溶洞而不能识别小型溶洞的特点，结合岩溶发育模式，分别对不同类型、不同尺度的溶洞储集体三维地质建模进行研究。

典型岩溶模型的高密度电法正反演研究及应用

典型岩溶模型的高密度电法正反演研究及应用
典型岩溶是指在地质发育过程中，石灰岩、石膏、石英岩等岩石受到了化学风化和侵蚀作用而形成的特殊地质体。

典型岩溶地区的水文地质条件十分复杂，地下水流动方向不确定，地下空洞难以确定，这给岩溶开发和治理带来了很大的困难。

因此，研究典型岩溶地区的地下水动态变化规律和地下空洞分布状况，对于实现岩溶的可持续发展具有重要意义。

高密度电法是一种有效的地球物理探测方法，对于岩溶地质的研究和综合治理具有广泛应用。

本研究以典型岩溶地区为例，采用高密度电法进行正反演模拟研究，旨在探索高密度电法在岩溶地质应用中的可行性和应用价值。

本研究利用高密度电法对目标区域进行电阻率勘测，通过有限元模拟技术对勘测数据进行反演模拟，得到了目标区中地下介质的电阻率分布图像。

结果表明，高密度电法可以有效的获取目标区的地下介质电阻率信息，并可以通过电阻率数据，初步判断目标区内的岩溶空洞类型和位置。

针对典型岩溶地区的水文地质特点，本研究结合高密度电法，开展了地下水动态变化和空洞分布规律研究。

通过对反演数据的分析和处理，深入挖掘地下水流动的规律性和空洞分布的特点，为岩溶地质的治理和综合开发提供技术支持和决策参考。

本研究的结果表明，高密度电法具有较高的探测精度和准确度，在典型岩溶地区的空洞检测和地下水动态研究方面，具有较好的应用前景。

未来，可以进一步探索高密度电法在岩溶地质、
水文地质和环境地质等领域的应用，在提高地质勘查效率和丰富地质勘查方法方面具有广泛的应用前景和重要意义。

盾构法在岩溶地区隧道施工中的应用与优化

盾构法在岩溶地区隧道施工中的应用与优化一、引言岩溶地区是指存在大量溶蚀作用形成的石灰岩、石膏岩等溶蚀岩层的地区。

这种地质环境在隧道施工中常常带来困难和风险，因为溶洞、裂隙和地表沉降等问题可能造成隧道结构的破坏。

随着隧道工程的发展，盾构法作为一种先进的隧道施工方法，逐渐应用于岩溶地区的隧道工程。

二、盾构法在岩溶地区的应用1. 应用背景岩溶地区的地质条件复杂，存在着大量的裂隙和溶洞。

传统的钻爆法施工容易导致隧道结构的破坏和地质灾害的发生。

而盾构法作为一种非开挖隧道施工技术，能够减少地表沉降和地质灾害的风险，因此在岩溶地区具有重要的应用价值。

2. 应用案例a. XX隧道XX隧道是一条位于岩溶地区的重要交通隧道，通过采用盾构法施工，成功地克服了岩溶地区的地质难题。

施工过程中，特别针对岩溶地质环境，采取了合理的预处理方案，包括注浆灌浆、预处理裂缝等工作。

通过这些措施，成功地保障了隧道的施工进度和质量。

b. XX地铁隧道XX地铁隧道位于岩溶地区，采用盾构法施工。

在施工过程中，针对岩溶地质条件，采用了预制片、钢板桩等技术手段加固隧道顶板和围岩。

此外，还使用了先进的导向系统和岩钻刀盘，从而提高了隧道的施工效率和安全性。

三、盾构法在岩溶地区隧道施工中的优化1. 地质勘察与预处理在岩溶地区隧道施工前，应进行详细的地质勘察，了解隧道周围的地质条件和溶洞裂隙分布情况。

根据勘察结果，采取合理的预处理措施，包括注浆灌浆、钢板桩加固等工作，从而提高隧道施工的安全性和稳定性。

2. 盾构机的选择与设计在岩溶地区，盾构机的选择和设计非常关键。

应根据地质条件和隧道要求，选择适合的盾构机类型和规格。

同时，还要针对岩溶地质特点，优化盾构机的刀盘结构和刀具材料，以提高盾构机在岩溶地区的施工效率和可靠性。

3. 导向系统的优化导向系统在盾构施工中起到重要的作用，能够减少盾构机的偏离和倾斜。

在岩溶地区，由于地质条件复杂，导向系统的优化尤为重要。

岩溶地区岩土工程勘察钻探技术的应用分析

岩溶地区岩土工程勘察钻探技术的应用分析1. 引言1.1 岩溶地区岩土工程勘察钻探技术的应用分析岩溶地区岩土工程勘察钻探技术的应用分析是对岩溶地质特点进行综合考量，利用现代化的钻探技术进行勘察，探测地下岩层情况，为岩溶地区的岩土工程建设提供科学依据和技术支持。

岩溶地区因其独特的地质构造和地貌特征，在岩土工程勘察中面临诸多挑战，如地下水位变化大、岩溶溶洞易发、地下岩体不稳定等，这些挑战使得传统的勘察方法在岩溶地区应用受到限制。

随着钻探技术的不断发展和完善，如声波钻探、岩芯取样技术等的应用，能够有效地解决岩溶地区的勘察难题，提高勘察的准确性和可靠性。

通过在岩溶地区的真实工程案例中应用钻探技术，可以更好地了解地下岩体的结构和性质，为工程设计和施工提供可靠的数据支持。

钻探技术在岩溶地区具有明显的优势，如能快速准确地获取地下信息、探测较深层次的岩土体情况等，但同时也存在局限性，如钻孔方向受地下岩层构造影响、岩层特性难以准确判断等。

在未来的发展中，需要进一步研究和完善钻探技术，提高其在岩溶地区的应用效果，为岩土工程勘察提供更好的技术支持。

2. 正文2.1 岩溶地区的地质特点岩溶地区是指地下有溶蚀空间并以石灰岩等为主要岩性的地区。

其地质特点主要包括岩层裂隙多、岩性不均匀、地下水循环强烈、地形地貌复杂等。

岩层裂隙多是岩溶地区的一大特点，石灰岩等岩石易于溶解形成裂隙，这种裂隙不仅会对工程建设中的岩土体稳定性造成影响，还会在钻探中对孔隙水的渗流和固体颗粒的运移起到影响作用。

岩溶地区的岩性不均匀性主要体现在岩体的物理力学性质和化学性质上。

不同的岩性对钻探工程的难度和施工质量都会造成不同程度的影响。

地下水循环强烈是岩溶地区的又一特点，这种地下水系统的存在会导致岩体的溶蚀和岩溶地貌的形成，对勘察和钻探工作带来一定的困难。

岩溶地区的地质特点决定了在岩土工程勘察钻探中需重视裂隙、岩性、地下水等因素，针对这些特点采取相应的钻探技术和措施是保证工程顺利进行的关键。

新安江模型在乌江独木河流域的应用与改进

ｓｍｕａｅｒｎｆｎｔｅｉｌｔｕｏｉＤｕａｅｓｅｏａｅｔｄｈｍｕＷｔｒｈｄｆｒａｃｓｕｙ．Ａｃｏｉｇｔｅｓｍｕａｉｎｒｓｌｓａｄｔｅｄｓｉｇｉｈｎｓｃｒｎｏｔｉｌｔｏｅｕｔｎｉｔｕｓｉｇｄｈｈｎ
基金项目：国家重点基础研究发展计划（７９３计划）２０Ｃ４３０）教育部科学技术研究重大项目（００２；（０６Ｂ０２０；３８１）国家自然科学基金（Ｏ７０５５６９２）
作者简介：郝庆庆（７一）女，１６，江西永修人，９讲师，博士研究生，主要从事流域水文模拟研究．－ａ：ｏ＠ｈｕｅｕｃＥｍｉｈｑｈ．．ｌａｑｄｎ
值，这可能是流域下垫面特性、模型概化、参数率定以及水文资料等因素综合作用及相互影响的结果；ｄ个（）
别年份（１８）如９３年出现计算峰值明显高于实测峰值的现象，这可能是抽水等人为因素造成的；ｅ所研究流（）域面积较小，如果存在不闭合量，闭合量占总径流量的比例就会比较大，而对径流量及流量过程线产生不从
２河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，．江苏南京
２０９）１０８
摘要：为了提高新安江模型在喀斯特地区的模拟精度，以贵州独木河流域为研究对象，用新安江使
模型对该流域进行了径流模拟研究．据模拟分析结果和岩溶地区独特的水文特征，出了改进新根提安江模型的３种设想，并对第１种设想（３层蒸散发结构改为２层蒸散发结构）行了验证．比分进对析结果表明，改进后模拟结果的平均确定性系数比改进前的高００，．２改进后的新安江模型可供类

论述岩溶地下水数值模拟

论述岩溶地下水数值模拟1 概述随着会泽铅锌矿区转入深部开采，矿床深部水文地质条件渐趋复杂，开展矿区深部地下水渗流场及矿坑涌水量动态变化的研究对矿山的生产与安全极为重要。

根据矿山厂水文地质条件，利用GMS软件对矿床不同深度的渗流场及涌水量进行数值模拟，建立矿区岩溶地下水三维数值模型进行模拟，而获取深部矿床开拓各水平涌水量的相关因素以及矿床开采地下水渗流场及涌水量变化规律为矿山计划深部的开采提供依据。

2 概化矿区水文地质条件，建立水文地质模型本次结合会泽矿山厂已有水文监测数据，概化矿区水文地质条件，建立水文地质概念模型。

矿山厂西部边界为海口组（D2h）弱透水层，具有隔水性质。

东部边界为东头压扭性断层，具隔水性质，海口组（D2h）弱透水层与东头断层在北东部相交，使北部封闭。

马坪组（C3m）紫红色泥岩层构成了矿床的南部隔水边界。

西南边为矿山厂含水层、张扭性断层，视为定水头边界。

模拟范围内矿床的充水含水层为中部碳酸盐岩含水层组（D3zg——C2w），根据矿区溶蚀裂隙含水层的组合特点及地下水动力条件可概化为非均质各向异性的无压-承压三维流。

地下水源汇项有：地下水开采量、垂直入渗补给量、蒸发量。

在对模拟区水文地质条件概化后，其物理模型可归结为：非均质各向异性无压-承压裂隙岩溶非稳定流含水系统。

3 数学模型模拟区虽然溶蚀裂隙发育不均匀，但地下水流具有统一的地下水面，水流运动基本服从Darcy定律，可以近似地运用等效双重介质渗流理论模型对其进行描述和模拟。

建立会泽矿区潜水含水层、承压水含水层数学模型。

3.1 潜水含水层数学模型3.2 承压水含水层数学模型式中为研究范围相应水文地质参数和已知条件。

矿山厂研究范围约为1.25km2，利用GMS软件实现三维网格生成7500个，节点10404个。

利用GMS软件建立三维有限差分模型。

据矿坑历年观测数据整理分析来进行模拟研究。

3.3 参数分区根据抽水试验资料或实际开采的流量和水位资料等，进行数值计算，求得水文地质参数，从而验证数学模型的真实度。

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岩溶地区的水文研究过去往往偏重于定性描述，
和地表面是不断变化的口。］１２模型的径流组成．饱和地表面积上形成的径流有两种水源：和坡饱面流和壤中流。饱和坡面流是在土壤水力传导性差、
近年来，随着计算机技术和ＧＩＳ的发展，内外都提国出不少分布式的流域水文模型，是还没有一个能够但直接应用于岩溶地区的模型，岩溶流域的研究只停对留在对现有数据的统计和分析工作上［。文尝试对１本］ＴＭＯＤＬ进行改进并将之应用于岩溶地区，ＯＰＥ从而为研究岩溶地区ＴＭｏＤＬ模型提供参考。ｏＰＥ
第一作者简介：索立涛（９９）男，１７－，硕士研究生，究方向：下水渗流模拟与应用．研地
收稿日期：Ｏ６１一１２Ｏ — Ｏ２
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中国岩溶
析中，同时考虑流域中岩溶部分和非岩溶部分的产要汇流特点。而岩溶地区地下水一个突出特点是水量丰富而动态变化明显，时间与空间上都存在着很大的在变异性嘲。而ＴＯＰＭＯＤＬ模型对水文要素的空间变Ｅ
ＴＭＯＤＥＯＰＬ模型在岩溶地区的改进与应用
索立涛，万军伟，卢学伟。
（．国地质大学环境学院，湖北武汉４０７；２中国海洋大学环境科学与环境工程学院，山东青岛２６０）１中３０４．６０３
图１ＴＰＯＭＯＤＬ物理模型结构示意图Ｅ ‘
Ｆｇ．ＴｈｋｔｈｍａｆＴＯＰＯＤＥＬｉ１ｅｓｅｃｐｏＭ
２ＴＭＯＤＥＯＰＬ应用于岩溶地区存在的主要问题
２１分布性不足．般所研究的岩溶流域，了一些特小流域以除外，常是岩溶地貌与非岩溶地貌并存的。因此在分通
一
随着下渗的持续饱和，饱和地表面向河道两边的坡面延伸，种延伸同时受到来自山坡上部的非饱和壤中这流的影响［。２在一定意义上，动产流整个计算中，］变饱
基金项目：北省国土资源厅科技攻关项目（号：Ｚ０５１湖编ＥＴ２０Ａ０）
决了由于岩溶地区地下河的存在无法使用ＴＯＭＯＤＬ模型的问题。将此改进模ＰＥ型应用于鄂西蛤蟆颈水库控制流域进行模拟研究，到了较为满意的模拟结果。得
关键词：ＯＰＯＬ；分布式水文模型；岩溶；汇流ＴＭＤＥ中图分类号：３３Ｐ３文献标识码：Ａ
摘
要：合理评价岩溶地区水资源，充分考虑岩溶地区水文要素的空间异质为在
性及各水文单元之间的相互联系的基础上，者结合ＴＯＭＯＤＬ模型的结构特作ＰＥ
点，模型进行了改进。该改进模型在子流域中采用ＴＭＯＬ模型作产流计对ＯＰＤＥ算，据河道的不同属性推求汇流时间，立汇流模型，强了模型的分布性，根建增解
坡面平缓的山脚低洼汇合处的饱和坡面上形成的；壤
中流（括地下河）在饱和带的土壤和岩层中形成包是的。域总径流量就是壤中流和坡面流之和［（）流４图１。］
１ＴＭＯＤＬ模型的理论基础ＯＰＥ
１１模型结构．
ＴＯＰＭＯＤＬ模型结构如图１所示。型假定将Ｅ模土壤分为非饱和带（ｕ）饱和含水带，中，饱Ｓｚ和其非和带又分为植被根系层（ｒ）重力排水层（ｗｚ。Ｓｚ和Ｓ）
入渗的降水直接补偿植被根系层，储存在这里的水除
去蒸腾散发后，超过田间持水量的部分进入重力排水层。在重力排水作用下，重力排水层水分以一定的速率垂直进入饱和含水带，饱和含水带中，分通过在水侧向运动形成壤中流（，称基流）Ｑｂ又。在此过程中，如果地下水位抬升至地表面则形成饱和地表面并产生饱和坡面流（ｓ。饱和地表面一般位于河道附近。Ｑ）
异性及水文单元的相互联系恰恰考虑不足，仅考虑仅了下垫面地形的空间变异性。因此，们不能简单地我
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第２６卷
第１期
中国岩溶
ＣＡＲＳＯＬｏＧＩＣＡＳＮＩＩＣＡ
ＶｏＩ２Ｎｏ１．６Байду номын сангаас．Ｍａ．０７ｒ２０
２００７年３月
文章编号：０１８０２０）１Ｏ７４１０ —４１（０７０一６一Ｏ