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富水卵石地层中水下开挖是近几年来北京地铁修建遇到的新工况,这种工况的出现为地铁的修建增添了不少难题,尤其是在如何有效控制地下水和水下支护方面。该工况中的粗颗粒渗流可以视作一种特殊的固-液两相流,因而本文根据CFD-DEM耦合建立了Python-PFC3D耦合程序来对这种工况进行模拟。在建立Python-PFC3D耦合程序过程中,本文分别对固、液两相控制方程及其相互作用力进行了分析,重点对颗粒上的作用力进行了分析和选取,并探讨了NavierStokes方程的求解方法。在建立Python-PFC3D耦合程序之后,本文通过单个颗粒在静态流体中沉降、颗粒材料在低雷诺数多孔流中运移和颗粒材料通过漏斗堆积三个实例对其进行验证,目的在于证实本文所建立耦合程序在单颗粒和多颗粒情况中模型的准确性和拟真性。通过对比得出,本文所建立的固-液耦合模型得出的结果在趋势上与案例给出结果相同,在数值上与案例相差较小,因而本文所建立的Python-PFC3D耦合程序能够对实际工况中的现象进行模拟。在验证Python-PFC3D耦合程序准确性之后,本文对地铁车站中富水卵石地层渗流进行了数值模拟。通过建立地连墙底颗粒-流体耦合模型,将入口面压力和地连墙底距隔水层厚度分别设置为变量,模拟了7种不同情况下粗颗粒在渗流场中的固液耦合,分析固-液耦合场中的颗粒位移和流场速度分布。分析得知,颗粒位移会随着入口面压力的增加而增加,其体现在位移数值和颗粒数量两个方面中;流场速度也会随着入口面压力的增加而增加。在出口面上,颗粒位移和流场速度分布较大值均位于地连墙底附近,对于本文所建立的模型而言,一般出口面沿y轴中轴线上距离地连墙底0.1m处为最大值分布区域,而在0.5~0.6m附近颗粒平均位移会逐渐趋于稳定值。因此,在水下开挖时应特别注意地连墙附近地层发生的位移。地连墙底距隔水层厚度主要对模拟结果产生影响,根据本文模拟结果得出,地连墙底距隔水层厚度越大,颗粒位移在数值上回呈现增大的趋势;流场速度一般随地连墙距离隔水层厚度增加而增加,但是在地连墙底附近却恰恰相反。因此在选择该参数时应当充分考虑下部地层透水层的厚度。