地铁车站深基坑降水引起坑外水位变化及变形研究

发布时间：2020-03-28 12:34

【摘要】：已有大量文献对于深基坑外降水机理及引起基坑地连墙和地表变形的研究成果进行了报道。但当含水层厚度较大,且在基坑内降水时,常因经济技术条件限制,地连墙无法将基坑内外含水层完全隔离,基坑内降水井也主要为不完整井,降水会对井底部一定深度地下水产生影响,地连墙底部会出现绕渗现象,进而对周围地表及地连墙变形产生影响。而目前对绕渗情况下深基坑内降水引起坑外水位变化、周围地表及地连墙变形问题的研究还未深入系统的开展。本文针对绕渗情况下地铁车站深基坑降水影响的关键问题,通过室内模型试验、理论分析、数值模拟及现场监测等研究手段,开展关于考虑绕渗影响地铁车站深基坑降水引起坑外水位变化及变形机理、规律及控制措施的深入系统研究,具体包括:首先,基于室内试验模型及理论分析,研究了潜水、承压水地层基坑降水引起坑外水位变化机理及潜水、潜水—承压水地层基坑降水引起坑外水位变化规律,进而研究了潜水、承压水地层基坑降水引起坑外地表沉降机理及潜水、潜水—承压水地层基坑降水引起变形规律;其次,依托实际地铁车站深基坑工程,建立三维流固耦合数值模型,利用现场监测数据对数值模型进行了验证,进而利用数值模型计算结果及现场监测数据对理论计算方法进行了验证;最后,基于数值模型,研究了不同降水条件下潜水、潜水—承压水地层基坑降水引起坑外水位变化、坑外地表沉降及地连墙变形规律,分析了潜水、潜水—承压水地层基坑降水引起坑外地表沉降影响因素,提出了潜水、潜水—承压水地层基坑降水引起坑外邻近建筑及地表沉降控制措施。主要工作内容归纳如下:(1)通过设计基坑不完整井降水模型试验,分析了地下水绕渗情况下潜水、承压水地层不完整井降水有效影响深度变化规律和引起坑外土层中孔隙水压变化规律,进而提出了潜水、承压水层不完整井降水有效影响深度计算方法、坑外水位变化曲线经验公式和坑外绕渗区划分计算公式。同时揭示了潜水、潜水—承压水典型地层中基坑内不完整井大深度和分层降水引起坑外的土层中孔隙水压变化规律,提出了基坑内不完整井降水基坑外不同深度和不同倾斜角度分别回灌引起的基坑外水位变化规律。(2)基于模型试验及理论分析所得基坑外降水曲线公式,提出了潜水、承压水地层基坑内不完整井降水引起基坑外地表沉降精确修正计算公式,验证结果表明修正后的计算公式与试验结果更加吻合。同时揭示了潜水、潜水—承压水典型地层中基坑内不完整井大深度降水引起坑外的地表沉降及地连墙变化规律,提出了基坑内不完整井降水基坑外不同深度和不同倾斜角度分别回灌引起的基坑外地表沉降及地连墙变化规律。(3)依托实际地铁车站深基坑工程,构建实尺寸三维数值模型,并通过所采集的坑外水位变化、坑外地表沉降及地连墙变形现场监测数据对三维数值模型计算进行了验证。进而基于本文所得理论方法,对实际地铁车站基坑降水引起坑外水位变化和地表沉降进行了计算,并将理论计算结果与数值模拟、现场监测结果进行对比,验证了理论方法在实际工程应用的正确性和合理性。(4)依托实际地铁车站深基坑工程,采用数值模拟研究手段,基于潜水、潜水—承压水典型地层,提出了不同降水条件下基坑降水引起坑外水变化、地连墙变形及坑外地表沉降规律,并探讨了不同降水方案与基坑尺寸的关系。(5)基于数值模拟研究,针对潜水、潜水—承压水典型地层,揭示了不同影响因素条件下基坑降水引起坑外地表沉降规律,并提出了坑外地表沉降对不同地层渗透系数、各向异性系数及砾质黏性土层厚度变化敏感区间范围。(6)针对潜水、潜水—承压水典型地层,结合室内试验研究成果,考虑城市狭窄空间条件,研究了基坑降水引起坑外邻近建筑物及地表沉降控制措施。研究表明:基坑降水倾斜20°回灌井对邻近建筑沉降控制效果均最佳,倾斜20°回灌井可以显著改善坑外地表沉降,有效增大回灌井远离地连墙一侧地表沉降控制影响的范围和程度,同时减小临近地连墙一侧地表沉降控制影响程度。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U231.3;TU46

【参考文献】