基于场变量和渗流场—应力场耦合作用的基坑稳定性研究

摘要

目前，各类用途的地下空间已在世界各大中城市大量涌现，相应地出现了大量的深基坑工程，而且基坑规模和深度都在不断加大。在含水量丰富的软土地区进行基坑开挖时，不可避免地会遇到地下水问题。统计数据显示，地下水是引起基坑破坏的重要因素之一。因此，研究地下水与土体的相互作用机理，分析渗流场的分布规律及其所产生的影响，从而更好地控制好地下水，减小其对基坑开挖和周围环境的负面影响，具有重要的理论意义和工程应用价值。论文的主要工作如下：
　　 (1)对边坡稳定性分析领域中的传统强度折减有限元法作了改进，提出基于场变量控制土体强度参数折减的有限元法，整个分析一次完成，大大提高了计算效率；同时，基于软件ABAQUS强大的后处理功能，采用动画显示边坡内塑性区的发生发展过程，并以在计算不收敛为前提下的塑性区是否贯通作为失稳判据，形象、快捷地显示了边坡破坏的整个过程。对于简单边坡，将其简化为平面应变问题来分析会得到相对保守的结论。
　　 (2)总结了目前常用的几种考虑渗流作用的边坡稳定分析方法，提出考虑渗流作用下场变量控制土体强度参数折减的边坡稳定性分析方法，并结合一算例对各方法所得结果作了对比分析，同时还分析了地下水埋深和坡高比等因素对边坡稳定系数的影响。
　　 (3)把土体、围护桩和水平支撑系统看成一个空间三维整体，考虑渗流场一应力场的耦合作用，对南京市中山北路上的某基坑进行了非线性有限元模拟，计算了降水开挖过程中各阶段基坑的位移场及支护体系的受力情况，并对基坑的变形作了二维和三维的对比分析，得到了一些有益结论。
　　 (4)研究了基坑工程渗流场的时间和空间效应，探讨了基坑降水开挖过程中坑内外的超静孔隙水压力的变化规律以及渗流场沿土体深度方向的分布规律。
　　 (5)简要探讨了止水帷幕埋深和渗透系数对基坑渗流场及变形的影响。