考虑渗流影响的基坑工程三维有限元模拟及分析

摘要

基坑降水是基坑工程中的一个难点，而大多数基坑事故都与地下水的处理不当有关，因此对地下水的研究是十分重要的。地下水渗流会引起基坑失稳、流土、管涌、地面沉降，更严重的还会对基坑周围建筑物、地下管线和其他市政设施产生影响。因此，如何控制好地下水，减小其对基坑开挖和周围环境的负面影响，是基坑工程特别是深基坑工程设计与施工的重要组成部分。 为对渗流场进行研究，本文利用有限元软件对基坑降水开挖进行数值模拟。首先，土体本构模型的选择将直接决定计算结果的准确性。本文介绍了可以模拟基坑加卸载问题的高级模型-Hardening-Soil模型，通过算例分析其参数对计算结果的影响，并与摩尔-库伦模型进行比较，验证其优越性。 本文在过去对基坑渗流场二维分析的基础上，考虑空间效应，对基坑降水开挖进行三维有限元模拟，并与二维模拟结果进行对比。三维模拟能比较理想地反映基坑空间布置、土的渗透系数各向异性和土层的划分对基坑变形和渗流场的影响，从而在一定程度上弥补了二维研究的不足，使研究结果更有现实意义。二维模型得到的地连墙位移和坑底隆起稍大于三维模型的结果。但实际工程中模拟基坑(特别是长宽比较大情况)的降水开挖时，考虑成平面问题可以简化计算充分考虑重点影响因素，二维分析渗流场能得到更清晰直观的结果，虽然结果稍偏于保守，但也有其优势和现实意义。因此结合三维和二维模拟分析，可以为基坑工程防水与降水方案设计提供一定的理论依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1概述

1.2地下水渗流研究的发展概况

1.2.1以工程-试验方法为主要研究手段的初始阶段

1.2.2以严格定量的解析数学方法为主要研究方法的发展阶段

1.2.3当前以数值模拟技术为主要研究手段的深化阶段

1.3渗流对基坑工程的不良影响

1.4本文主要研究内容

第二章稳定渗流的有限元分析

2.1渗流分析基本理论

2.1.1渗流基本概念

2.1.2渗流基本方程

2.1.3渗流基本微分方程的定解条件

2.2有限单元法渗流分析的基本思想

2.3稳定渗流的变分原理

2.4等参数单元

2.5本章小结

第三章PLAXIS 3D FOUNDATION本构模型的选取及参数验证

3.1 PLAXIS 3D FOUNDATION软件简介

3.2土体本构模型的选取

3.3 Hardening-Soil模型简介

3.3.1 Hardening-Soil模型的双曲近似

3.3.2三相应力状态下的塑性体积应变

3.3.3 Hardening-Soil模型参数

3.4硬化模型参数的选取及模拟验证

3.4.1算例

3.4.2材料参数的选取及验证

3.5本章小结

第四章渗流对基坑工程的影响

4.1渗流对支护结构的影响

4.1.1渗流对支护结构上水土压力的影响

4.1.2不同围护结构下渗流的影响

4.2渗流对基坑坑底回弹变形的影响

4.3算例

4.3.1工程概况

4.3.2建模与计算

4.4成果分析

4.4.1基坑开挖水的影响

4.4.2不同土体本构模型的影响

4.4.3三维渗流与二维渗流对比

4.4.4渗透系数各向异性的影响

4.4.5圈梁的影响

4.4.6土层层厚不均匀的影响

4.5本章小结

第五章工程实例的计算和分析

5.1工程概况

5.1.1地质概况

5.1.2水文地质条件

5.2基坑开挖模拟

5.3计算结果对比分析

5.4本章小结

第六章结论与建议

6.1结论

6.2建议

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致 谢