软土地区高层建筑群的工程环境效应分析及地面沉降数值模拟

摘要

随着城市化进程的加快，软土地区密集建筑群与重大市政工程引起的地面沉降效应越来越突出。国内外学者对地面沉降的研究主要集中在抽取地下水方面，而对密集建筑群引发的地面沉降研究甚少。本文从高层建筑群诱发的地面沉降效应及机理出发，以室内模型试验为手段，探讨了在高层建筑群作用下不同土层的变形特点、相邻建筑物之间的相互影响状况、高层建筑群对中心及周边区域地面沉降的影响以及沉降影响范围、土层中应力的变化规律以及水位升降对地面沉降的影响等。上海软土层是地面沉降的主要组成部分。高层建筑群造成的城区地面沉降的特点是单个建筑引起的地面沉降范围约为3倍基础宽度，在此范围内的地面沉降叠加效应明显，造成区域性地面沉降，处于建筑群中心区域地表的沉降量最大，但一般不会超过建筑物本身沉降。研究结果对高层建筑群工程环境效应引起地面沉降的控制提供了有价值的参考。 最后，从比奥固结理论出发，推导出软粘土的粘弹塑性本构模型，并应用有限元软件进行数值模拟，计算结果与模型试验结果比较接近，可以作为预测高层建筑群作用下区域地面沉降的一种手段。

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第1章绪论

1.1国内外地面沉降现状

1.2地面沉降的研究进展

1.2.1地面沉降的成因

1.2.2地面沉降的机理

1.2.3地面沉降预测模型

1.2.4地面沉降的监测

1.3地面沉降研究值得关注的几个前沿问题

1.4工程建设对上海地面沉降的影响

1.5课题研究的内容与意义

第2章浦东陆家嘴地区工程地质环境

2.1浦东地区75m以浅土层工程水文地质特征

2.2上海工程地质环境分区

2.3浦东陆家嘴地区所在工程地质环境分区的评价

第3章高层建筑群的工程环境效应

3.1密集建筑群的地面沉降叠加效应

3.1.1高层建筑群(桩基础)附加应力的叠加计算

3.1.2叠加效应影响范围

3.1.3工程实例分析

3.2密集建筑基础施工对周边环境的影响

3.2.1桩基施工的影响

3.2.2深基坑施工的影响

3.2.3井点降水的影响

第4章软土地面沉降的机理及理论

4.1软土地面沉降的机理(有效应力原理)

4.1.1开采地下水引起地面沉降机理分析

4.1.2大规模工程建设引起地面沉降机理分析

4.2软土地面沉降的理论分析

4.2.1软粘土的固结特性

4.2.2软粘土的蠕变

4.2.3软粘土的固结理论

4.3软粘土的粘弹塑性本构模型

4.3.1流变元件模型

4.3.2修正的Koumanura-Huang模型

4.4三维粘弹塑性固结方程

4.4.1有限元总体平衡方程

4.4.2有限元连续方程

第5章室内模型试验

5.1试验原理

5.1.1模型试验的一般原理

5.1.2本试验的相似常数

5.2试验材料

5.2.1试验土的物理力学指标

5.3试验模型

5.4试验方法

5.5试验成果分析

5.5.1分层沉降观测曲线

5.5.2模型基础中心点位置分层沉降分析

5.5.3实际量测与模型试验结果分析

5.5.4建筑物及其中心、周边区域沉降

5.5.5粘性土层中压力变化与土层变形

5.6水位变化对地面沉降的影响

5.6.1试验步骤

5.6.2试验结果

5.7小结

第6章模型试验沉降的数值计算

6.1本构模型：(比奥理论)

6.2数值计算步骤

6.2.1边界条件

6.2.2材料选取

6.2.3网格划分

6.2.4计算结果展示

6.2.5 土层及建筑物沉降

6.3小结

第7章结论和建议

7.1结论

7.2建议

参考文献

致谢

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果