黄土深基坑降水对地表沉降的影响研究

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伴随西北地区经济增长,城市化进程加快,地下轨道交通和高层建筑的开发俯拾皆是,使得黄土地段深基坑工程的数量不断增加。基坑大多数处于潜水层,为了防止地下水流入给深基坑施工带来阻碍而进行的降水工作,破坏了降水井周围地下水渗流场的收支平衡,形成区域性漏斗状弯曲水面,使得水力梯度增加。当水面趋于稳定时,周围地表会在竖直方向上发生固结沉降,严重时将会危及坑周地下管线和紧邻建筑物的安全,故准确预测抽降水造成的地表沉降和建筑物倾斜变得尤为重要。本文以弹性半无限体理论、剪切位移法和渗流力学为基础,展开理论公式推导和数值模拟研究,用黄土地区某基坑案例实测数据辅以验证。主要工作和成果归纳如下:(1)分析降水前后土层的应力变化,将疏干区内随水位下降线性增加的附加应力,等效为均布体力荷载。简化浸润曲线从二维平面和三维空间上定量的推导出能计算饱和区任意一点附加应力的计算公式,计算值可以显示出浸润曲线以下土层所受附加应力的衰减情况。(2)考虑围护结构对土体沉降的约束、渗流力在水平向存在分量和土层模量选取等沉降影响因素,对推导出的降水引起坑外地表沉降计算方法进行修正。收集黄土地区10个地铁车站降水引起地面沉降的规范算法值与实测值,得到沉降经验系数。结合实际案例,将修正值、引入经验系数的规范算法值、监测值进行对比分析,修正后的沉降值和监测值平均绝对误差仅为14.8%,二者更为吻合。(3)分析某黄土基坑案例实际监测数据,得到基坑降水过程中累计水位、地面和建筑物沉降的变化规律。运用图解法和公式法求得案例降水影响半径R,结合R与止水帷幕嵌入基坑底的深度关系,改进传统的计算基坑降水影响半径公式,可为黄土地区相似基坑案例在研究基坑降水时提供参考。(4)基于瞬态分析法建立ABAQUS二维基坑降水有限元模型,将模拟沉降值与监测值对比验证模型的准确性。研究分析不同降水深度下,孔隙水压力、渗流速度、围护结构与土体接触面所受压力和剪力以及土体应力-应变等的变化规律。
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