地面沉降变形非线性完全耦合数学模型

基于多孔介质有效应力原理的渗流-变形耦合,考虑孔隙度、渗透率非线性变化,建立三维地面沉降变形完全耦合数学模型,并给出了模型的有限差分解法.该模型可以刻画地下水开采、建筑物荷载、基坑降水等作用下的三维地下水渗流场和地层变形位移场,分析地面沉降的三维变化与非线性特征,为地面沉降研究与防治提供技术手段.     

考虑非饱和区变形的基坑降水沉降分析

传统的基坑降水渗流沉降耦合分析中,通常未考虑非饱和区的变形以及土体的非线性特征.本研究基于非饱和土有效应力理论,考虑土体孔隙特征及渗透性随应力状态的动态变化,建立了基坑降水饱和—非饱和渗流沉降耦合模型.利用Flex PDE软件编制计算程序,对一典型基坑降水模型进行了计算分析.分析结果表明,渗流—变形耦合效应会对地下水渗流场的分布造成一定影响,而孔隙度、饱和渗透系数变化对地面沉降的影响则具有时间效应;基坑降水初期,地面沉降速度较快,降水中应该引起格外重视.     

基坑开挖降水的三维流-固耦合分析

简要介绍了FLAC3D分析流-固耦合问题的模型特性和基本理论。建立基坑开挖模型,将基坑分步开挖降水划分为三个阶段,运用数值模拟软件FLAC3D对基坑模型的开挖降水过程进行三维流-固耦合计算。分析并得到了基坑开挖过程中孔隙水压力的变化规律、稳定流状态下的渗流场速度特征以及降水分析过程中地面沉降量和基坑底部隆起量的变化规律,并分析讨论了孔隙水压力与土体变形的相互作用,这些结论对工程设计和施工具有一定的参考价值。     

工程降水引起地基固结沉降三维数值分析

为保证施工现场条件的干燥性,必须采取措施降低地下水水位,但是降水后会引起土体的固结沉降,对地面早已存在的建筑物构成潜在的威胁.工程降水施工诱发地基沉降是一个三维空间流固耦合问题,借助三维有限差分数值模拟软件FLAC3D建立地层降水过程中渗流场与应力场耦合模型,以金普线地铁隧道8标降水工程为例进行数值模拟,探究土体在饱和状态下改变地层渗透系数达到渗流稳定时的沉降和地下水分布特征.     

南通市高层建筑荷载对地面沉降的影响

针对长江中下游第四纪松散沉积层地区由高层建筑荷载引发的地面沉降问题,根据土体非线性流变理论,将比奥固结理论中的本构关系拓展到黏弹塑性,并考虑土体孔隙度、渗透系数及变形参数随有效应力动态变化的关系,建立了南通市高层建筑荷载、地下水渗流与土体变形三维全耦合数学模型.在对模型进行识别、验证的基础上,在地下水停采、仅有高层建筑荷载单独影响的条件下,模拟预测了2010年12月底到2025年12月底每年各含水层组地下水流场变化特征和地面沉降发展趋势.结果表明:南通市崇川区最大地面沉降量为55.28 mm,最大地面沉降速率为3.69mm·a~(-1);通州主城区最大地面沉降量为38.87 mm,最大地面沉降速率为2.59 mm·a~(-1);地面沉降量较大地区位于高层建筑荷载密集区.     

基于ABAQUS的单井抽水试验数值模拟

基坑降水在基坑施工中起着重要作用,但降水会对周围环境造成不利影响,譬如引起地面沉降现象。以上海地区某现场抽水试验为例,应用有限元分析软件Abaqus,建立三维地面沉降模型,将土体应力应变与渗流进行耦合,进行有限元计算,分析了抽水过程中孔隙压力的变化以及沉降的分布。数值模拟结果表明,抽水引起的竖向位移明显大于水平位移,最大竖向位移并非发生于地表,各个土层压缩或拉伸的变形状态也不一样。     

考虑渗流应力耦合作用的深基坑开挖变形研究

基于土体渗流应力耦合效应及本构理论,针对某场地地下水埋深较浅、粉质黏土和粘土分布较厚的深基坑工程建立了相应开挖支护三维有限元模型.通过室内试验测定了基坑土体的修正剑桥本构关系参数并将修正剑桥本构关系应用于基坑开挖支护的数值模拟分析中.分别研究了基坑开挖过程中有无渗流-应力耦合效应的基坑整体变形、支护结构位移、坑外地表沉降及坑底回弹情况.研究结果表明:1含水粉质黏土和粘土采用修正剑桥本构关系较合适;2考虑渗流应力耦合作用时基坑支护结构水平位移、坑外地表沉降及坑底回弹量分别是未考虑渗流应力耦合作用时的0.57倍、0.07倍、0.59倍,基坑开挖变形应充分考虑渗流应力耦合作用;3坑底超前降水能显著减小坑底隆起.     

深基坑工程流固耦合分析

深基坑工程是一个系统工程。由于深基坑的降水、开挖、支护,改变了土体中原有的渗流场和应力场,而渗流场和应力场共同作用,控制着基坑的变形。本文对渗流场进行了有限元分析,并将渗流场的水力作用与应力场耦合进行分析。     

基于止水帷幕的西安地铁某工程降水效果数值模拟分析

以西安地铁某车站深基坑工程降水为背景,通过渗流-应力耦合理论,探讨了深基坑不同形式的降水施工对基坑周围区域地面沉降的影响因素、范围和程度,对深基坑降水效果进行了数值模拟与分析,并比较了土体沉陷的计算结果与现场实测值,从而总结了不同止水形式地铁基坑工程施工过程中对地表沉降影响的规律,以供类似工程参考。     

基于流固耦合效应的红砂岩地层深基坑围护结构变形特性分析

降水渗流引起的基坑变形问题十分复杂,采用流固耦合的数值方法,以兰州某地铁车站红砂岩深基坑为研究背景。对围护桩体水平位移、基坑内外土体竖向位移和水位变化进行现场监测,利用FLAC3D建立车站基坑降水开挖耦合模型,分析了围护结构的变形特性以及基坑内外土体竖向变形规律。结果表明围护桩体最大水平位移在0.5倍左右坑深处;基坑开挖对周围土体在0至2.5倍坑深范围内的沉降变形影响显著,最大沉降值发生在距离基坑边缘约0.55倍坑深;降水引起的基坑内外沉降随时间增加呈减小的趋势,降水与立柱桩联合作用使坑底隆起显著减小,基坑内外同时降水有利于解决红砂岩透水问题。考虑流固耦合的数值模拟与现场监测相结合预测兰州地区基坑变形更具科学性。     

地下水渗流对基坑侧压力的影响

为研究地下水渗流对基坑侧压力的影响,针对经典算法结果偏差较大的现象,从理论上分析了地下水渗流对基坑主动区侧压力和被动区侧压力的影响机理,考虑了地下水的渗流作用,采用有效应力原理,提出了计算基坑支护结构侧压力的新方法。实例分析结果表明,新方法的计算结果与实测值相符,更能反应工程实际情况。     

基坑工程降水引发的环境问题及对策

基坑工程开挖降水势必引起基坑周围土体内地下水位变化和应力场改变,导致周围土体及建筑环境的变形,对周围环境产生不同程度的影响.基坑工程的环境效应包括支护结构、工程桩施工、降低地下水位、土方开挖等对周围环境的影响,并表现在多方面,基坑开挖降低地下水引起围护结构变形及造成基坑内外土体产生沉降、不均匀沉降和水平位移,可能导致建筑物及市政管线的变形,影响其正常使用,甚至破坏.此外,大量被抽取的地下水往往直接排至下水管网,是对城市水资源的巨大浪费.在对问题分析的基础上研究讨论了相关对策.     

悬挂式止水帷幕基坑降水引起坑外地面沉降计算方法

悬挂式止水帷幕的挡水效应能够减轻基坑降水对周边环境的影响,但帷幕插入深度与坑外地面沉降之间的定量关系尚不明确.本文基于有效应力原理,并根据渗流场和应力场的部分耦合关系,考虑地下水位下降引起的土体孔隙比和压缩指数变化,通过止水帷幕插入深度与水位降深的关系提出了不同止水帷幕插入深度下潜水含水层中基坑降水引起坑外地面沉降的计算方法.结合室内渗流模型箱试验对所提方法进行验证,结果表明地面沉降的试验监测结果与计算结果基本一致,从而为准确预测地面沉降和设计合理的止水帷幕插入深度提供了重要参考.     

基坑开挖扰动变形特征及控制效果模拟分析

坑中坑的开挖对于基坑的稳定性有诸多方面的影响,内坑的开挖会造成土体回弹,引起基坑土体抗力的损失,降低基坑的整体稳定性。运用FLAC^3D对合肥恒大中心C地块坑中坑式基坑进行了开挖与支护模拟,计算采用摩尔-库伦本构模型,通过模拟计算得出了基坑应力、桩基应力、桩锚应力,验证了基坑中外坑和内坑最易失稳破坏区域,并对利用负泊松比(negative Poisson’s ratio, NPR)锚索对该类基坑进行加密支护的控制效果进行了评价。通过施加位移监测得到了不同开挖阶段基坑地表位移、坑中坑底部位移、以及坑中坑周围土体位移,确定了基坑极易发生破坏的区域以及滑动面位置,建立了坑中坑物理模型,并验证了数值模拟的正确性,研究结论可为类似工程条件基坑的开挖及加固提供理论支撑和实践基础。     

地铁车站不同工况减压降水对环境的影响

为了研究不同工况下基坑降水对周边地下水位变化和地表沉降的影响,采用"现场抽水试验—水文地质参数反演—数值模拟计算"的一体化手段,运用MIDAS/GTS数值分析软件,对苏州地铁4号线某车站基坑降水建立了三维有限元分析模型,模拟计算不同的降水方案设计下所产生的基坑外地下水位变化和地表沉降,并对其进行对比分析。结果表明,不同的降水施工工况对周围环境的影响大小不一,在进行降水设计时需对不同降水工况设计下的环境影响进行预测和评估,使降水对周围环境影响最小,以实现降水方案设计的最优化。     

基坑降水引起坑外建筑桩基均匀沉降的计算方法

基坑降水引起坑外既有建筑桩基沉降过大的工程案例时有出现。基于基坑降水引起坑外建筑桩基沉降产生的机理分析,分析了基坑降水引起坑外地下水水位的变化规律,建立了计算桩基均匀沉降的地下水位简化计算方法以及有效自重增量计算方法,给出了详细的基坑降水引起坑外桩基均匀沉降的计算步骤。以扬中某基坑工程为例,说明了该方法的可行性和合理性,为基坑降水预测周边建筑的桩基沉降提供了有效且简便的方法。     

基于开挖方法对深基坑变形的分析与施工优化

为研究开挖方式对深基坑变形分析与施工优化,采用有限元软件FLAC3D对上海某深基坑开挖进行模拟.通过改变开挖方式,在数值计算中设置若干种工况,研究开挖过程中的基坑围护结构位移变化、地表沉降.研究结果表明:3种不同的开挖方法对于基坑变形的控制能力依次是台阶式退挖、跳挖、竖向顺序分层开挖.在采用了新的开挖方式后,基坑周边的最大沉降值也由之前的10 mm左右减小到8 mm左右,基坑围护结构最大水平位移由原来的45 mm减小到40 mm,说明新的开挖方式有效的控制了深基坑变形.     

软土基坑分步开挖时地层移动规律探讨

通过对软土基坑现场位移监测资料的比较分析 ,提出了三元件线性粘弹性土体本构模型及其模型参数的反分析方法 .在此基础上 ,建立了可考虑土体流变性态的二维施工模拟有限元模型 .同时依据所提出的计算模型 ,详细探讨了不同的分步开挖工况条件下坑底和坑周地层移动的规律 .其结论可为施工技术及坑周环境保护提供指导性依据和对策 .图 3,参5     

SMW工法在复杂条件下基坑支护中的应用研究

考虑某地下室工程地质条件及周边环境特点,提出了SMW(Soil Mixing Wall)工法支护方案,采用空间有限单元法分析了在不同支护结构型式、不同桩长、不同刚度条件下,支护结构位移及周边建筑沉降性状.结果表明:SMW工法加支撑的支护方式能有效地控制周边建筑沉降,SMW工法桩桩长对支护结构变形及地面沉降影响很小,支护结构刚度对支护结构变形与地面沉降有一定影响.     

临河富水砂卵石层深基坑降水方案分析

对于临河深基坑,临河侧地下水控制是基坑设计的关键问题。本文针对某临河富水砂卵石层深基坑工程,分别采用《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012）、《管井技术规范》（GB50296-2014）和临河基坑涌水的理论公式进行降水方案设计,并采用地下水渗流数值方法辅助计算,优化了临河基坑降水的设计方案。根据《建筑基坑支护技术规程》、《管井技术规范》降水计算结果,基坑管井间距为20m,然而工程实践中发现基坑靠近河流侧出现了积水。结合临河基坑的理论公式和典型管井段的数值模拟结果,优化靠近河流侧的基坑降水方案,确定基坑靠河流侧的管井井距在9m-10m之间,并据此成果在沿河侧新增了13个降水管井,解决了本项目临河侧基坑积水问题。