强透水地层深大竖井施工水土压力模型试验研究

摘要

竖井及基坑施工及建成后的水土压力是岩土界的永恒问题，目前使用的经典理论因其原理简单明了、计算方便而得到广泛使用，但计算结果与工程实际支护结构受到的水土压力存在较大差异，对于透水地层，有地下水渗流影响时，差异更大。本论文研究在大量基坑水土压力研究的基础上，以兰州地铁位于黄河岸边的卵石地层中深大竖井为研究背景，通过文献调研、理论计算、室内模型试验、数值模拟等手段分析了卵石地层竖井施工及建成后的水土压力分布规律，主要工作及结论如下:　　(1)设计了室内模型试验，通过渗透试验、直剪试验等室内土工试验配制了模型土，测试了其物理力学参数。基于抗弯刚度等效原理利用石膏、硅藻土、水制作了模型地下连续墙，基于连通器原理，利用亚克力管制作了测压管，测量连续墙后的水压力。　　(2)试验结果及数值计算结果表明，卵石地层开挖竖井且采用地下连续墙加横撑的支护形式时，连续墙后的主动土压力总体上小于朗肯主动土压力，设计计算时可根据具体情况考虑适当折减。地层无地下水时，竖井开挖完成后连续墙后主动土压力大致呈R型分布，地层有水时，竖井开挖完成后连续墙后主动土压力大致呈线性分布。从本次试验结果看，无水状态下土压力的分布规律与连续墙位移的关系更密切。　　(3)静水条件下，卵石地层的水压力基本可以完全传递，设计计算时无需考虑水压力的折减。卵石地层存在地下水渗流时，相对于静水条件，连续墙后总压力降低，主动土压力增大，水压力减小，具体工程设计应考虑这一影响。　　(4)室内模型试验研究了卵石地层在不同的渗流强度下，竖井开挖完成后其连续墙后水压力的分布规律，试验结果与几种常用的理论计算方法对比发现:经验算法和试验结果偏差较大，基本失去使用的价值;本特·汉森法有一定的借鉴价值，但适用范围比较局限;汤连生图式理论上较为完备，但计算结果与实测值仍有较大偏差，需要进一步修正。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 土压力理论研究现状

1．2．2 基坑工程水土压力计算研究现状

1．2．3 存在的问题

1．3 课题研究目标与内容

1．4 课题研究方法与技术路线

1．4．1 研究方法

1．4．2 技术路线

第2章 基坑工程土压力与水压力计算理论研究

2．1 土压力概述

2．1．1 土压力的类型

2．1．2 土压力计算的经典理论

2．2 基坑工程中的水土压力计算方法

2．2．1 常规的水土分算与合算方法

2．2．2 存在地下水渗流时水土压力计算方法

2．3 基坑工程中土压力分布模式

2．4 本章小结

第3章 竖井施工模型试验设计

3．1 前言

3．2 模型试验工程背景与试验目的

3．2．1 工程背景

3．2．2 试验目的

3．2．3 试验工况

3．3 模型试验原理

3．3．1 相似理论

3．3．2 模型试验常用的相似条件

3．3．3 模型试验相似比的推导

3．4 模型设计与制作

3．4．1 模型箱的制作

3．4．2 模型土的配置

3．4．3 模型墙的制作

3．4．4 试验支撑的制作

3．5 测试内容

3．6 试验步骤

3．7 本章小结

第4章 模型试验与结果分析

4．1 工况一结果分析

4．1．1 土压力

4．2．2 地表沉降

4．2 工况二结果分析

4．2．1 开挖前地层压力

4．2．2 竖井开挖完成后地层压力

4．3 工况三结果分析

4．3．1 地层总压力与土压力

4．3．2 水压力

4．4 强透水深大竖井水土压力分布规律与计算取值探讨

4．4．1 土压力

4．4．2 水压力

4．5 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间参加科研项目及发表的论文