非稳定渗流作用下止水帷幕优化及深基坑稳定性研究

摘要

在地下水位较高的地区开挖基坑时，降水已成为基坑工程中至关重要的一个环节，基坑的降水过程是渗流场和应力场相互作用、相互影响的过程，渗流-固结耦合作用对基坑变形及稳定性的影响极大。本文在对前人研究成果充分调研的基础上，以重庆市某超高层建筑深基坑工程为依托，采用理论分析和数值模拟等方法对降水及开挖过程中基坑渗流场和应力场及两场耦合作用下基坑稳定性进行了较为深入的研究，主要研究内容和成果如下：
　　①在充分考虑止水帷幕作用、自由面设置、流体边界条件、井流量边界条件和土体弹塑性特征的基础上，对深基坑降水及开挖过程进行了数值模拟，并对开挖过程中的地下水渗流、坑外地表沉降及基坑稳定性进行了分析。结果表明：随着开挖深度的增加，坑内外水头差逐渐增大，地连墙上的渗流力和最大水平应力以及坑外地表沉降值也逐渐增大。
　　②基于流-固耦合理论，分析了深基坑降水及开挖过程中止水帷幕深度、止水帷幕渗透系数等敏感因素的变化对渗流场-应力场耦合效应及耦合作用下坑外地表沉降和基坑稳定性的影响。分别获得了无止水帷幕和止水帷幕深度为22 m、28m、34m、38m，帷幕渗透系数为210? cm/s、310? cm/s、410? cm/s、510? cm/s和610? cm/s时基坑渗流场和应力场的变化规律，以及对坑外地表沉降和基坑稳定性的影响规律。
　　③在深基坑降水及开挖过程中存在止水帷幕时，通过改变单井抽水量、降水井深度等降水参数，研究降水参数变化对地下水渗流特性、坑外地表沉降和基坑稳定性的影响。获得了单井抽水量为640 m3/d、960 m3/d、1320 m3/d、1680 m3/d和1960 m3/d，降水井深度为38m、34m、30m和26m时对基坑渗流场、应力场以及两场耦合作用下坑外地表沉降和基坑稳定性的影响规律。
　　④结合嘉陵江洪水位变动，分析了江水位上涨速率、岩土体渗透系数和孔隙率等参数变化对基坑非稳定渗流及非稳定渗流作用下围护结构稳定性的影响。结果表明：水位上升速率对渗流场和基坑稳定性的影响十分明显，当上升速率大于6m/d时，地下水位不受影响；当上升速率小于0.1m/d时，地下水位与江水位同步上升；上升速率越小，对基坑渗流场和围护结构稳定性的影响越大。

目录

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中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 问题的提出及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容和技术路线

2 基坑降水流-固耦合原理及其在FLAC3D中的实现

2.1 概述

2.2 地下水渗流理论

2.3 土体固结理论

2.4 流-固耦合理论的数值分析

2.5 本章小结

3 深基坑三维流-固耦合数值分析

3.1 依托工程概况

3.2 止水帷幕和降水井方案

3.3 深基坑降水三维流-固耦合分析模型的建立

3.4 深基坑流-固耦合性状数值模拟分析

3.5 本章小结

4 流-固耦合作用下基坑止水帷幕优化研究

4.1 概述

4.2 止水帷幕深度敏感性分析

4.3 止水帷幕渗透系数敏感性分析

4.4 单井抽水量在深基坑降水及开挖过程中的作用分析

4.5 降水井深度对深基坑降水的影响研究

4.6 本章小结

5 水位上涨过程中基坑非稳定渗流及围护结构稳定性分析

5.1 概述

5.2 江水位上涨速率对基坑渗流场及围护结构稳定性的影响

5.3 土体物理性质对基坑非稳定渗流及稳定性的作用分析

5.4 本章小结

6 结论与建议

6.1 结 论

6.2 建议与展望

致谢

参考文献

附录

A.作者在攻读学位期间发表的论文目录

B.作者在攻读学位期间参与的科研项目