深基坑降水开挖引发的地面沉降及其控制措施研究

发布时间：2017-09-26 01:33

  本文关键词：深基坑降水开挖引发的地面沉降及其控制措施研究

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【摘要】：在城市地下空间开发快速发展建设过程中,基坑工程的规模越来越大。由于滨海地区地下水位高,降水已经成为基坑工程的必要环节。深基坑施工过程中降水引起的临近地面沉降影响范围远大于开挖卸荷作用,不仅危害周边地下工程结构的安全,也加剧了区域性地面沉降地质灾害的发育程度。因此,亟须深入研究深基坑降水开挖引发的地面沉降规律,分析针对性的防治措施。本文采用现场试验和数值模拟相结合的方法,研究了深基坑降水开挖引发的地面沉降特征及其控制措施的效果,探讨了深基坑降水开挖引起的地面沉降的演变规律,分析不同的控制措施对基坑降水降压引起地面沉降的治理效果,主要内容及成果如下:(1)降水开挖数值分析中土体本构模型适用性研究。根据基坑降水开挖的工程特点,采用考虑饱和土流固耦合特征的有限元方法建立深基坑工程的二维分析模型,分别采用生死单元和节点渗流量控制来模拟基坑开挖和降水过程。基于该模型,分别采用土体线弹性模型、摩尔库伦模型以及修正剑桥模型进行数值分析,比较不同本构模型对土体内渗流场、围护结构及周边环境变形的影响。结果表明,相对于线弹性模型和摩尔库伦模型,修正剑桥模型分析的地面沉降和围护结构水平位移的更为合理,更适用于分析基坑降水开挖工程问题。(2)深基坑降水开挖引起地面沉降的规律研究。首先采用修正剑桥模型,应用节点流量控制的瞬态分析法对基坑降水开挖进行数值分析,研究深基坑降水开挖引发的地面沉降变化规律;对上海地区基坑降水开挖案例的现场试验进行数值模拟,分析结果与实测结果基本吻合,验证了上述本构模型的合理性;进而探讨了降水井深度和回灌井位置等不同参数对地面沉降的影响规律。结果表明,在止水帷幕未阻隔承压水层时,降水井深度并不影响地面沉降分布,而回灌井位置则对地面沉降有较大的影响。(3)针对降水开挖引起地面沉降的控制措施效果分析。首先对上海地区深基坑工程典型案例进行数值模拟分析,结合测试结果发现,承压水减压降水是引起大面积地面沉降的主要原因;以该工程实例为基础,研究调整止水帷幕和采取坑外人工回灌等不同措施对地面沉降的作用规律,分析其控制效果。结果表明,加深止水帷幕和加大地下水回灌都可以控制降水开挖引发的坑外地面沉降,但围护结构的水平位移会因为坑内外水压力差的增加而增大。
【关键词】：深基坑 地面沉降 降水 开挖 流固耦合 数值模拟 本构模型 控制措施
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P642.26
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1 前言10-16
• 1.1 研究背景和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 基坑降水渗流研究现状11-12
• 1.2.2 地面沉降研究现状12-13
• 1.2.3 深基坑降水开挖对地面沉降影响的研究现状13
• 1.2.4 地面沉降控制技术的研究现状13-14
• 1.3 研究的目标与内容14-16
• 2 降水开挖耦合分析中土体本构模型的选择16-38
• 2.1 渗流开挖耦合分析的基本理论16-18
• 2.1.1 Biot固结理论16
• 2.1.2 应力场方程16-17
• 2.1.3 渗流场方程17-18
• 2.2 降水开挖的数值分析方法18-19
• 2.2.1 基坑开挖的数值模拟方法18
• 2.2.2 降水的有限元模拟法18
• 2.2.3 基坑降水开挖有限元模型18-19
• 2.3 土体典型本构模型及参数确定方法19-22
• 2.3.1 弹性模型19-20
• 2.3.2 Mohr-Coulomb模型20-21
• 2.3.3 修正剑桥模型21-22
• 2.3.4 不同本构模型的计算参数22
• 2.4 本构模型对渗流作用的影响22-28
• 2.4.1 计算步骤22-23
• 2.4.2 计算结果23-28
• 2.4.3 影响分析28
• 2.5 本构模型对开挖作用的影响分析28-32
• 2.5.1 计算步骤28-29
• 2.5.2 计算结果29-31
• 2.5.3 影响分析31-32
• 2.6 本构模型对降水开挖的影响32-37
• 2.6.1 计算步骤32-33
• 2.6.2 计算结果33-36
• 2.6.3 影响分析36-37
• 2.7 小结37-38
• 3 深基坑降水开挖作用下的地面沉降分析38-63
• 3.1 基坑降排水开挖现场试验38-43
• 3.1.1 现场试验的工程概况38
• 3.1.2 试验及监测系统38-39
• 3.1.3 监测结果与分析39-43
• 3.2 数值分析模型与参数43-46
• 3.2.1 建立模型43-44
• 3.2.2 计算步骤44
• 3.2.3 计算参数44-45
• 3.2.4 降水涌水量45-46
• 3.3 数值分析结果46-51
• 3.3.1 水位变化46-49
• 3.3.2 土体沉降49-51
• 3.3.3 围护结构变形51
• 3.4 结果的分析与比较51-56
• 3.4.1 水位变化规律51-53
• 3.4.2 地面沉降规律53-54
• 3.4.3 土体分层变形规律54-56
• 3.5 参数分析与讨论56-61
• 3.5.1 回灌井位置56-59
• 3.5.2 降水井深度59-61
• 3.6 小结61-63
• 4 不同控制措施对地面沉降的影响分析63-82
• 4.1 基坑降排水开挖的工程实例分析63-70
• 4.1.1 大定海泵站基坑工程概况63-64
• 4.1.2 抽水试验反分析64-66
• 4.1.3 有限元模型66-67
• 4.1.4 结果分析与对比67-70
• 4.1.5 工程实例的数值分析结论70
• 4.2 不同止水条件对基坑降水开挖的影响70-75
• 4.2.1 有限元模型71-72
• 4.2.2 基坑内水位变化72
• 4.2.3 基坑外水位变化72-73
• 4.2.4 地面沉降73-74
• 4.2.5 围护体系变形74-75
• 4.3 抽水回灌联合作用对基坑降水开挖的影响75-80
• 4.3.1 基坑外水位变化76-77
• 4.3.2 基坑内水位变化77-78
• 4.3.3 地面沉降78-79
• 4.3.4 围护体系变形79-80
• 4.4 小结80-82
• 5 结论与展望82-84
• 5.1 结论82-83
• 5.2 展望83-84
• 参考文献84-88
• 致谢88-89
• 攻读学位期间发表的学术论文89-91

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