摘要:近年来城市地区地面沉降和塌方事故频繁发生,究其原因管道渗漏是导致此类事故的主要因素之一。当管道破裂时,若管道内流体为重力流,管道周围土体会被冲蚀进管道,最终导致沉降或地面塌陷。为探讨管道渗漏时土体在水流作用下的迁移过程,作者提出了一种计算流体动力学(CFD)和离散元(DEM)程序联合计算数值模拟方法。此方法主要采用颗粒流程序(PFC3D)对地层进行建模,用ANASYS中的FLUENT模块计算地下水流场并导入PFC3D,进行联合计算。采用此流-固耦合方法,本文针对上海北部地区地层情况,即上部1.5m厚黏性土层、下部2.5m厚砂性土层进行数值建模,研究地下管道裂缝尺寸和地下管道裂缝位置对管道渗漏引发的地下空洞区发展及地面塌陷的影响。数值模拟结果表明:裂缝尺寸越大,土体流失量越大,砂性地层内土体扰动区域范围越广,由于上部黏性土层的存在,地表沉降值不大;土体扰动区域范围以裂缝位置为起点不断扩展,往上部延伸,扰动区域范围越大,且扰动区域范围是远远大于空洞区范围的。