微承压水作用下深基坑稳定的有限元分析

摘要

基坑开挖是一个综合性的岩土工程问题，涉及到土力学、水力学等许多相关理论。土中水的问题是土压力计算的难点，环绕基坑的土体既是应力场、位移场，同时还是一个复杂的渗流场。从基坑事故的分析中可知，大多数事故直接或间接与地下水有关。 天津市基坑工程中，对基坑有影响的土层范围及相应土层中影响基坑稳定的地下水的土层厚度小于50m，在此范围内除去表层地下水埋藏于地面下1-2m随季节有变化外，在地面下15-30m范围内，存在含水的粉、细砂层，此层被上覆粘性土层隔开，钻探时发现此层水表现一定承压性质，工程中常称之为微承压水。工程实践表明此承压水对基坑安全稳定危害较大，常造成基坑工程事故。在地铁工程中表现得尤为突出。地铁南楼基坑涌砂事故就是典型实例。 本文在总结地下微承压水对工程危害的基础上，分析了承压水渗流对基坑工程的影响，尤其是支护上被动土压力的影响。编制极限平衡法计算程序，对基坑安全系数进行分析。利用PLAXIS有限元程序计算了考虑基坑中微承压水作用下支护结构变形和整体稳定，重点突出了承压水对有效应力和稳定性的影响，将各种计算方法的成果进行对比，绘制承压水影响下基坑周边和下部土质中的渗流场，结合工程实例进行分析，通过与实测值进行比较，得到了承压水影响下的基坑稳定分析的量化结果，为完善设计理论和工程决策提供了科学依据。 分析成果表明，承压水的存在可明显降低有效应力和整体安全系数，在实际工程设计和施工方案的确定中需高度重视，以避免工程事故的发生。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1概述

1.1.1深基坑工程概况

1.1.2深基坑工程特点

1.1.3研究地下水及微承压水对建筑基础工程的重要性

1.2微承压水引发的问题

1.2.1问题概述

1.2.2地下微承压水引发的工程事故

1.2.3针对微承压水引发基坑工程问题的处理方法

1.3研究现状及本文的工作

1.3.1研究现状

1.3.2本文的主要工作

第二章Plaxis有限元软件及选用的土体本构模型

2.1岩土工程有限元软件介绍

2.2模型简介

2.3三轴固结排水试验中的双曲线关系

2.4 Hardening-Soil模型的双曲线逼近

2.5对于三相应力状态下的塑性体积应变

2.6 Hardening-Soil模型参数

2.7 Hardening-Soil模型的帽子屈服面

第三章承压水作用下基坑渗流分析

3.1土中的孔隙水压力

3.2渗流对基坑稳定性和变形的影响

3.3渗流问题数值分析

3.3.1渗流偏微分方程

3.3.2三维渗流问题变分方法及边界条件分析

3.3.3推导三维渗流有限元支配方程

3.3.4二维渗流情况下的偏微分方程及其有限元格式

3.4关于工程应用中各种边界条件的讨论

3.4.1工程中常遇到的几种边界

3.4.2边界条件处理方法

3.5承压水影响下的基坑流场分析

3.5.1计算模型

3.5.2结论

第四章承压水对建筑地基稳定性的影响

4.1前言

4.2圆弧渭动法的原理及研究进展的综述

4.2.1边坡稳定分析方法及其进展

4.2.2圆弧滑动条分法的原理及常见方法比较

4.3孔隙水压力分布对边坡稳定性的影响

4.3.1问题的概述

4.3.2影响分析

4.4 Yq-Slope边坡稳定程序和PLAXIS的考核

4.4.1程序简介

4.4.2抗剪强度折减法

4.4.3边坡稳定分析程序的考核

第五章现场测试与有限元计算结果分析

5.1概述

5.1.1工程背景

6.1.2地质概况

6.1.3变形控制标准

5.1.4设计和施工

5.2施工模拟

5.2.1南楼站(盾构井)施工模拟

5.2.2南楼站(标准段)施工模拟

5.3小结

第六章结论与建议

6.1结论

6.2建议

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文和参加科研情况

致谢