太原地铁中心街车站深基坑降水开挖对周边地面变形影响研究

摘要

为了有效拓展城市发展空间，缓解地面交通压力，太原市于近年开展了地铁建设，而地铁2号线成为太原规划的首条地铁线路。以往实践表明，城市地铁建设容易引起周边地面的变形，严重时可能危及周围建筑及地下管线的安全。但太原市乃至整个山西地区此前从未进行过地铁建设，针对此类问题没有相关的经验可供参考，因此，研究太原地铁2号线建设对周边地面变形的影响是十分必要的。
　　本文以太原地铁2号线中心街车站作为对象，收集整理了区域内的自然条件，水文地质背景等资料，了解了区域的地质环境和水文地质条件，在项目区进行了工程勘察，研究了项目区的工程地质及水文地质条件，通过野外抽水试验及室内土工试验，了解了项目区各个地层的物理力学指标与渗透性，通过勘察成果及试验所得数据，建立了研究区域的水文地质概念模型。以流固耦合理论为依托，运用FLAC3D将水文地质模型转化为空间三维结构模型并分别对不同工况下地层的水平位移与地表的沉降进行了模拟求解。
　　通过分析上述模拟计算结果，得出不同工况下基坑在降水与开挖后引起周边地表变形的规律:在无支护的情况下，基坑降水开挖7m时，基坑发生大的水平变形，局部超过5m，基坑发生坍塌;基坑降水开挖时，基坑开挖面的水平位移相比其他区域更大;周边地表的沉降变形以基坑为中心呈环状向外扩展，其中基坑角落的区域变形范围较大，为其他位置1.2～1.5倍;地面的沉降变形程度并不是越靠近基坑越大，最大沉降区域处于距基坑一定距离的位置，模拟显示，最大沉降区距基坑边缘约为7m;相比于不考虑耦合的计算结果，考虑耦合的计算方式与实际工程更为吻合;根据模拟结果，当选用地下连续墙搭配3道支撑作为支护结构时，地表的水平及沉降变形均减小到要求范围内。
　　论文成果在一定程度上总结出了深基坑降水开挖引起周边地表变形的规律，为中心街车站合理选择支护方式以减少对周边地表变形的影响提供理论依据，为太原市类似的地铁工程在如何削弱对周边环境不利影响的方面提供了研究思路与方法，积累了研究经验。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 地表变形研究

1．3．2 降水引起的地面沉降研究

1．3．3 流固耦合分析研究

1．4 本文主要研究内容

1．5 研究技术路线

第二章 工程概况及研究区自然条件

2．1 工程概况

2．2 地形地貌

2．3 气象、水文

2．4 区域地层岩性

2．5 地质构造

第三章 土体渗流场与应力场分析

3．1 土体渗流特性及渗流计算理论

3．1．1 渗流基本概念

3．1．2 渗流基本方程

3．2 地层固结与沉降理论

3．2．1 Biot固结理论

3．2．2 降水引起土层固结的特点

3．2．3 降水引起的地层沉降量的计算

第四章 基于FLAC3D程序的流固耦合分析

4．1 FLAC3D程序简介

4．1．2 FLAC3D基本本构模型

4．2 FLAC3D流固耦合的计算原理

4．2．1 FLAC3D流固耦合分析特征

4．2．2 流固耦合计算

第五章 研究区工程地质与水文地质条件及试验研究

5．1 工程地质条件

5．2 水文地质条件

5．2．1 地下水类型

5．2．2 地下水补给、径流、排泄特征

5．2．3 各岩土层的富水性及透水性

5．3 试验研究

5．3．1 岩土参数试验

5．3．2 抽水实验

第六章 模型建立及模拟计算

6．1 模型的建立

6．1．1 水文地质概念模型

6．1．2 数学模型建立

6．1．3 空间结构模型的建立、单元剖分及编程思路

6．2 模拟计算

6．2．1 工况一模拟计算结果

6．2．2 工况二模拟计算结果

6．2．3 工况三模拟计算结果

6．2．4 工况四模拟计算结果

6．2．5 工况五模拟计算结果

6．3 耦合与不耦合的模拟计算结果

6．4 模拟计算结果分析

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文及参加的科研情况