提升岩土工程抵御自然灾害或人为因素引发严重灾害并最大程度保持其功能，以及在灾后尽快恢复其功能的韧性性能，是岩土工程未来支撑城镇、流域、海洋可持续发展的基石。因此，岩土工程韧性提升理论与技术的发展已经成为一个重要议题。

《岩土工程学报》青年论坛，分专题组织岩土界青年学者的成果报道和学术演讲报告。《岩土工程学报》青年论坛第七专题：岩土工程韧性提升，专题召集人为清华大学水利系特别研究员、土木水利学院党委副书记王睿编委，本专题共包括十二个学术报告，今天推出报告一，主讲报告人为重庆大学仉文岗教授。

附：第7专题：岩土工程韧性提升各报告题目及报告人

1.仉文岗，重庆大学，地下水位变动下隧道韧性模型实验研究

2.赵密，北京工业大学，土-结构相互作用抗震分析方法新进展

3.庄妍，东南大学，基于交通结构沉降控制的安定理论及分析方法研究

4.郭林，温州大学，交通荷载下软土地基长期沉降分析和控制方法

5.童立红，华东交通大学，无粘性土的动力软化机理及高阶非局部本构在路基动力响应中的应用

6.周海祚，天津大学，基坑倾斜桩支护的桩-土相互作用及其应用

7.穆彦虎，中国科学院西北生态环境资源研究院，“电力天路”青藏直流联网工程中的冻土桩基问题

8.周墨臻，北京交通大学，高土石坝界面非连续变形模拟及多体相互作用机理探讨

9.洪义，浙江大学，含浅层气软土工程灾变机制及韧性提升

10.漆文刚，中国科学院力学研究所，海上风机大直径单桩基础局部冲刷：预测、机理、影响

11.俞剑，同济大学，海上风电大直径钢管桩基础水平受荷承载特性

12.关云飞，南京水利科学研究院，波浪荷载下桶式基础防波堤稳定特性与韧性提升

地下水位变动下隧道韧性模型实验研究

仉文岗

（重庆大学土木工程学院）

作者简介：

仉文岗，南洋理工大学博士，国家青年人才计划，现任重庆大学土木工程学院副院长，兼任国际土协ISSMGE、、和专委会委员、中国力学学会岩土力学专委会委员及GeoscienceFrontiers副主编等。主持国家、省部基金10余项，并以第一或通讯作者发表SCI论文90余篇，其中包括ESI高被引文章9篇（3篇热点），h-index为33，入选以及年度全球排名前2%科学家榜单。曾获ComputersandGeotechnicsSloanOutstandingPaperAward、UndergroundSpaceOutstandingPaperAward以及其他省部级科技奖励6项。指导学生获得MLRA国际学生竞赛第一名、第四届全国大学生岩土工程竞赛一等奖等。

1.研究背景

近数十年来，在全球气候变化和城市化快速发展的共同影响下，水循环过程及要素发生了剧烈变化，极端气候事件增多增强，城市“热岛效应”和“雨岛效应”凸现，产汇流机制改变，城市洪涝灾害问题日益严重。各项数据表明，世界范围内的海平面以及地下水位在不断上升。

地下水位的上升和下降，都可能诱发一系列岩土工程问题。地下水对土木工程的影响主要表现在两个方面：一方面，地下水与岩土体间发生机械的、物理的和化学的相互作用，使岩土的强度和稳定性降低、性能变差，从而产生各种不良的现象（如滑坡、岩溶、流砂、管涌、土沸、地基沉陷、隧道涌水、道路翻浆、水坝渗漏等）；另一方面，地下水与结构体间会发生相互作用，地下水对结构产生静水压力、动水压力(渗透力)和浮托力，在非饱和土体中还存在基质吸力。另一方面，隧道是城市公共交通的主要方式，是促进社会经济发展和人文活动的重要保障，是交通强国的主力支撑。因此有必要针对地下水位变动下的典型结构体隧道与土体相互作用规律开展研究，为岩土工程韧性提升提供参考。

2.实验方案

本报告依托自主研发的一种模拟地下水位变动引起隧道变形的模型试验装置，考虑材料和几何相似比，并制作缩尺隧道模型，通过压力监测装置、隧道位移监测装置、应变监测装置等系列监测装置研究了砂土和黏土场地中，地下水位变动下隧道竖向位移和隧道所受接触压力、弯矩、孔隙水压力以及所受浮力变化规律。

3.实验结果与分析

通过对实验采集的数据进行处理和分析得出以下规律：

（1）砂土场地中，随着地下水位的上升（地下水未接触到隧道底部前），隧道先向下沉降，隧道底部和拱脚接触压力逐渐增加，隧道底部出现弯矩集中；当地下水位高度超过隧道模型底部之后（未能提供足够浮力使隧道开始上浮前），隧道继续下沉，隧道所受压力和弯矩逐渐增加；当地下水能够提供足够浮力克服隧道所受竖直向下合力后，隧道开始上浮，隧道底部所受接触压力减小，其余位置所受接触压力增加（隧道拱肩附近所受接触压力增加趋势最明显），且在隧道拱肩，侧壁和拱脚的位置出现弯矩集中；地下水位下降过程中，隧道持续下沉，隧道底部所受接触压力逐渐增加，并出现弯矩集中。

（2）黏土场地中，随着地下水位的上升（地下水未接触到隧道底部前），隧道先向下沉降，隧道底部和拱脚接触压力逐渐增加；当地下水位高度超过隧道模型底部之后（未能提供足够浮力使隧道开始上浮前），隧道继续下沉，隧道所受接触压力和弯矩逐渐增加；当地下水能够提供足够浮力克服隧道所受竖直向下合力后，隧道开始上浮，隧道底部所受接触压力减小，其余位置所受接触压力增加（隧道侧壁所受接触压力增加趋势不明显），且在隧道拱顶和底部的位置出现弯矩集中；在到达最高设计水位之后的静置过程中，隧道继续上浮，最终趋于稳定，隧道所受接触压力和弯矩也逐渐增大并趋于稳定；地下水位下降过程中，隧道持续下沉，隧道底部所受接触压力和弯矩逐渐增加，其余位置均逐渐减小。黏土工况中的隧道竖直位移变化量较砂土工况中的竖直位移变化量略小。

（3）砂土场中隧道所受浮力基本未折减，而黏土场中隧道所受浮力出现折减，且随浸水时间增加而逐渐增大，最后趋于稳定（折减系数约78%）。

4.结论

针对地下水位变动下的隧道-土体相互作用规律的研究是岩土工程韧性提升中的重要一环。本报告通过自主研发的模型实验系统，依托缩尺模型试验，阐明了砂土和黏土场地中，地下水位升降过程中隧道与土体接触面所受压力、弯矩和孔隙水压力以及隧道竖向位移变化规律，分析了隧道所受浮力在不同介质场中随地下水位变动的差异。本研究成果可为岩土工程韧性品质提升提供一定的技术参考和理论依据。

重庆大学土木工程学院仉文岗教授学术演讲

本刊

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