深层承压水降水引起地层沉降的多工况数值模拟

基于上海某地铁换乘枢纽地下综合体工程背景,借助Geo Studio2007岩土工程有限元数值分析软件,针对上海地区第二层承压水降水及其引起的地层沉降进行数值模拟,考虑了两种降压井布置方式,设置了原位无基坑、单个基坑和多个基坑三种工况,并对各工况下降水后的地层沉降作了对比分析.研究表明,在对第二层承压水设定相同的水位降深时,三种工况下地表沉降值的相对大小关系随距离降压中心位置的变化而变化;基坑围护结构对于地表沉降存在隔断作用,有利于地表沉降的收敛;降压井的不同布置形式影响着三种工况的最大地表沉降值;对第二承压含水层实施降压,只会在该土层引起压缩变形,其上覆各土层的地层沉降基本相同.本文的研究成果对于软土地区多基坑遭遇深层承压水降水问题具有一定的指导价值和借鉴意义.     

承压水地层悬挂止水帷幕坑内降水引起地表沉降解析

在含水层厚度较大时,从经济性考虑通常采用悬挂式止水帷幕降水。文章基于构建深基坑墙-井渗流系统,将降水引起的作用力等效为施加在上覆土层和承压含水层交界面处的附加力,引入Mindlin位移解,提出悬挂式止水帷幕条件下深基坑群井降水引起的地表沉降计算公式,适用于止水帷幕插入比大于0.6且抽水井插入深度相对较短的情形,探究了止水帷幕插入比、基坑内水头降深、基坑半径与承压含水层厚度之比对地表沉降值的影响。研究结果在合肥某高铁站站房工程承压水地层深基坑降水问题中得到较好的实际应用,为其他类似工程降水方案优化提供了参考。     

基坑群深层承压水降水及地层沉降的数值模拟

目的研究软土地区基坑群施工遭遇深层承压水的问题,找出降水后的地层沉降规律.方法以上海市轨道交通换乘枢纽汉中路车站为工程背景,基于多层土地下水分布规律,利用岩土数值分析软件Geo Studio2007,对深层承压水降水的现场运行工况进行模拟.结果分析得出基坑群深层承压水降水后水位分布及其引起的地层沉降规律,并与现场实测数据进行了对比验证.结论承压含水层的上覆土层是否发生压缩变形,与含水层上部相邻土层的透水性密切相关;基坑围护结构对于地表沉降存在隔断作用,表现为围护结构两侧地表沉降值呈现突变;相邻基坑围护结构有利于地表沉降的收敛,一定程度上控制了地表沉降;基坑之间地表沉降呈现线性变化的特点.     

上海地区多含水层系统深部承压层降水诱发地层响应规律

软土地区多含水层系统承压层抽水存在越流现象，地下水渗流和区域地层变形响应规律复杂.基于某超深地下工程承压水抽水试验，采用数值方法研究软土地区多含水层系统第二、第三承压层降水的地质环境响应.建立了三维有限差分模型，考虑流固耦合效应和土体小应变刚度特性，模拟了不同埋深承压含水层抽水试验，对比分析各承压层抽水引起的承压水头降深和深层土体变形时空分布特性.结果表明，第二承压层水位降深较小，但引起的地表沉降更大；第二和第三承压层抽水引起降水层的压缩变形分别占地表沉降的56.18%和77.69%.主要原因为浅部土层压缩性高，相同降深条件下引起的土层竖向压缩量更大；且第二承压层与上部弱透水层的水力联系较强，越流作用明显，导致抽水引起的地下水水位降深在深度方向的影响范围更大.研究成果对后续超深基坑降水施工及环境变形控制具有重要的参考价值.     

深层承压水降水回灌规律研究

以上海地铁某车站为工程背景,利用MIDAS数值计算软件,针对上海地区第二层承压水的抽取与回灌引起的地下水水位变化及地层沉降进行数值分析,分析中主要考虑的影响因素为承压水含水层厚度及回灌井滤管长度,采用双井降压双井回灌来模拟抽取与回灌共同作用效果。分析结果表明,回灌有利于保护地下水位减小沉降。在一定的抽灌井规格下,回灌保护区域内随着承压含水层的厚度增加,降压后的地下水位呈现先增大后减小的趋势,相应地层沉降则表现为先减小后增大;随着回灌井滤管长度的增加,地下水位单调增大地表沉降则单调减小。本文的成果对研究承压水抽取与回灌对环境的影响因素有较高指导价值。     

软土深基坑高压力水头承压水突涌治理与研究

在软土深大基坑开挖过程中,高水头承压水对基坑的威胁不容轻视。依托于长江北岸某软土深基坑高压力水头承压水突涌事故,从降低承压水水头方向入手,通过理论计算和数值模拟对比分析现场监测数据,研究通过减压降水降低坑内外承压水水头的工程措施,实现对高压力水头承压水导致的基坑突涌事故的治理。结果表明:坑外施工降水井进行减压降水对于基坑突涌的治理效果显著。     

无锡地区承压含水层井点定向降水流固耦 合数值模拟分析

无锡地层承压含水层属微承压水接受横向补给,与地表水联系相对较少,稳定性极差,因此当实际施工过程中承压含水层降水量较大时,容易引发周边大沉降,如何设计合理的降水速度是保证该降水安全的关键.考虑固结过程与渗流场的耦合作用,模拟分析不同抽水速率下地表变形过程,合理确定抽水速率和抽水时间,并根据拔桩位置合理布置降水孔位置,进行精准降水,最后与实测值对比,得出结论,在实际降水试验抽水量为15～17.5、18.5～20、21～23 m~3/h情况下,模拟方法得出的地表沉降量与实测值误差不超过5 mm,且沉降随时间的变化规律一致.研究方法可供类似工程参考,相关结论可用于指导无锡邻近地区工程设计.     

超深基坑减压降水引发地面沉降的估算及其影响因素分析

为了深入认识厚层软土地区超深基坑减压降水引发地面沉降的过程,并为地面沉降防治及基坑工程安全提供技术参考,以上海地区为例,从工程水文地质特性、影响因素、综合分区、沉降估算等方面开展了前瞻性研究.超深基坑减压降水需求估算结果表明,超深基坑减压降水将会涉及更多、更深的承压含水层;在分析总结超深基坑减压降水引发地面沉降的主要影响因素的基础上,进行了综合分区研究;基于数值计算和多元回归分析,提出了距基坑3倍开挖深度处降水目标含水层水位降深值及地面沉降量计算公式,并以上海某在建典型超深基坑工程为例进行了验算应用探讨.     

深基坑降承压水对墙体变形和地表沉降的影响

针对深基坑施工引起的环境变形问题,采用流固耦合数值方法,探讨了深基坑降承压水对墙体变形和地表沉降的影响规律.依托工程实例,采用基于Biot固结理论的流固耦合分析方法,通过力学和渗流交替迭代计算模拟开挖降水的耦合作用,并以实测数据验证该方法的合理性.建立三维数值分析模型,对比有无降水条件下基坑的墙体变形和地表沉降,获得深基坑降承压水引起的坑外附加地表沉降曲线,并与相同水位变化下一维固结理论的计算结果对比,探讨两者间的差异及其产生机理.研究结果表明:深基坑降水对墙体变形影响较小,但会明显增大坑外地表总沉降量及其影响范围;基坑降承压水引起的坑外附加地表沉降在墙后1.5倍开挖深度以外,与一维固结理论的计算结果相同;墙土共同作用是导致深基坑降水引起的坑外附加地表沉降在墙后1.5倍开挖深度范围内波动的主要原因.     

地铁降水施工地表沉降分析及应用

城市地铁车站降水施工对周边环境及既有结构安全稳定性影响是城镇地下交通工程广泛关注的研究问题之一。基于分层总和法分别给出了在表层孔隙性潜水,或在承压含水层中降水施工引起周边土层沉降规律分析公式。以某地铁车站工程为背景,就车站降水施工引起周边地表沉降规律进行了应用研究;利用分析结果对影响区内的重要结构工程的安全稳定性进行了评价研究。实例分析表明,不同含水层的降水对地表沉降影响不同;在距基坑较近范围内,潜水含水层降水对既有建筑结构基础沉降影响较大。在该工程施工中,应更加注重潜水含水层降水施工对临近建筑结构的影响观测与监控。所给公式简单方便,可用于设计期间进行降水施工对周边环境及既有结构影响的简单估算。     

成层土中基坑降水沉降模型分析

针对郑州东区粉土和粉质黏土交互分布的成层土地基条件,以基坑实际降水工况为基础,建立降水井动水位面控制的基坑降水--沉降分析模型.即使在粉细砂层中给定的降水井动水位面的位置有所偏差,仅对降水深度有所影响,而对沉降计算结果的影响较小.以地铁车站基坑降水沉降模型为例,运用有限元法对成层土基坑降水所产生的位移场进行分析.结果表...     

考虑坑外渗流自由面变化的基坑工程性状分析

通过对基坑工程进行考虑孔压消散与变形耦合效应的有限元分析,得到了坑外渗流自由面随时间的变化规律,并研究了坑外渗流自由面变化对基坑内外超静孔压、土水势以及基坑变形的影响.研究表明,考虑坑外渗流自由面变化时,坑内外的超静孔压和土水势都减小;坑外渗流自由面的变化使得坑外水压力减小,有效应力增加,并引起坑内外的水头差降低,因而使得支护墙的水平位移和坑底的隆起变形减小,坑后的地表沉降增加.     

富水深基坑降水引起的地表沉降预测

随着城市轨道交通的发展,富水地区地铁深基坑降水引发的工程问题时有发生,引起广泛关注。传统算法计算地基沉降只考虑降水前后土体自重应力的变化。在此基础上进一步考虑渗流动水压力引起的有效应力变化和止水帷幕对土体沉降的约束影响,提出一种简化的计算降水引起基坑外地表沉降的方法。并结合实际工程对该方法进行验证。结果表明:考虑地下水渗透力的影响使降水后土体有效应力较不考虑渗流时增加5%左右,地下水渗流对土体有效应力的影响不可忽略。止水帷幕对土体沉降的约束影响在距支护结构1倍降水深度范围内,计算该范围内土体沉降需将止水帷幕影响考虑在内。同时考虑降水前后自重应力变化、渗透力影响、止水帷幕约束这三者的共同作用,得出的理论计算结果与实测值误差在12%以内,验证了计算方法的有效性。     

考虑群井效应下的预降水引发地表沉降计算与分析

潜水层基坑开挖前预降水处理会引起地表沉降,提前预测地表沉降数值对于实际工程具有重要意义。对于预降水处理引起的地表沉降值,采用理论计算和数值模拟的方法分别进行求解。理论计算考虑群井效应,提出预测水位降深曲线,以原地下水位和预测水位降深曲线为分界,分区计算沉降量,叠加后得最终沉降量;数值模拟采用PLAXIS 3D建模,用井单元模拟降水井,流固耦合对预降水期间周围地表沉降求解,并揭示群井效应下抽水流量和孔压变化规律。为验证理论计算方法可行性,用规范法计算结果和工程实测数据加以验证分析,结果表明,所用理论计算和数值模拟值方法能较好地接近实测值,具有一定的工程实用价值。     

基于随机介质理论基坑降水引起地表沉降计算

针对基坑降水引起周边土层沉降问题,考虑到土体重度的变化和渗流力的影响,提出了一种以随机介质理论计算地表沉降量的方法。利用降水漏斗曲线对降水周边土层进行划分,基于有效应力原理和固结理论分析了降水前后土体重度和渗流有效应力的变化及微小土单元体压缩量,并通过随机介质理论计算基坑周围地表沉降量。以某基坑降水施工为背景,结合理论分析表明:计算方法得到的地表沉降分布与实测值整体上较为接近,在1.5倍开挖深度范围内精度较高,同时降水引起地面沉降也较大,1倍开挖深度处地面沉降最大值,约为25.53 mm;基坑降水引起周围土体重度的变化是影响地面沉降得主要因素,渗流力影响仅为15%。研究内容可为估算基坑降水引起地表沉降量提供参考依据。     

多孔介质水体渗流特性研究

针对实际现场承压含水层中水压力传递的滞流效应,通过室内模型实验模拟上游水头变动下,承压含水层中水压力传递的变化;并对其变化规律进行分析研究。在前人研究的基础上,在实验槽中填装4种土样进行实验。对上游突变水头(非稳定渗流)作用下渗流过程水压力传递的滞后性进行研究。观测到上游水头变化与土样中各测点的水头响应有一滞后时间,该传递滞后时间与多孔介质的性质及测量点的间距有关。     

含水层重力-温度-介质压缩驱动水流分析

含水层水流在重力势－介质压缩作用下,水头随介质压密而增高,渗流速度随介质压密而减小。含水层水流在重力势－温度差－介质压缩作用下,当温度不足以改变流体的物理性质时,水头与温度分布有关,线性温度分布对水头无影响,而非线性温度分布使水头随温度升高而增高;当温度足以改变本的物理性质时,水头随温度升高而增高。     

基坑降水对土侧压力系数的影响

针对上海软土深基坑开挖降水过程中所涉及的③层淤泥质粉质粘土、④层淤泥质粘土、⑤-1层粉质粘土、⑤-2层粘质粉土,通过二阶段固结模拟和K0试验,研究了各层土在不同降水深度条件下土侧压力系数K0的变化特性。试验结果显示：（1）降水前后,粘性土K0值相对粉性土K0值为大。（2）各层土侧压力系数K0值均随水位降深的增加而减小,单位水位降深,⑤-1层、⑤-2层、③层、④层土的侧压力系数K0值分别下降3.1%、2.5%、2.3%、1.3%左右。（3）随着降水深度的增大,降水对侧压力系数的影响在逐渐减小,并最终趋于稳定。最后,基于回归分析理论得到侧压力系数简化计算公式,为上海地区深基坑降水土侧压力系数的确定提供依据。     

地下水渗流对单U形地埋管埋深的影响

为解决因埋深过大而引起的竖直地埋管换热器换热效果不佳的问题,根据黄土高原地区的地质条件,建立轴向岩土分层的单U形地埋管换热器数值模型.通过数值模拟,分别研究了改变含水层厚度、地下水渗流速度和地下水位线高度对地埋管换热性能的影响,并提出了以典型含水层厚度来确定地埋管最佳埋深的方法.结果 表明:当实际含水层的厚度不超过典型含水层厚度时,地埋管最佳埋深的位置为实际含水层底部;反之,地埋管最佳埋深的位置为典型含水层底部;随着渗流速度的减小,典型含水层厚度先增大后趋于不变,在渗流速度为1×10-6 m/s时达到最大值30 m;地下水位线的提高对典型含水层厚度没有影响,但提高了典型含水层的位置,使得最佳埋深变小.     

地下构筑物挡水效应对地表沉降参数敏感性影响分析

以比奥固结理论为基础,建立设置挡水构筑物与否的多种工况下的地面沉降有限元模型。计算分析开采不同含水层时地表沉降的特征,在此基础上设置逐渐深入地下的挡水构筑物,分析其挡水效应对抽水引起的地面沉降的影响。以最大地面沉降为指标,结合MATLAB编程计算,比较土体随机变量分布参数相对敏感性大小,并分析挡水构筑物对土体参数敏感性和结构可靠度的影响,最终加以公式推导验证参数敏感性的变化。结果表明:在边界不透水的情况下,开采含水层越深,地面沉降量越大,且挡水构筑物入深增大,最大沉降量和沉降差均增大;但是随着挡水构筑物深入地下,挡水构筑物两侧的地面沉降规律有所不同,开采井一侧为逐渐增大,另一侧足够远处为先增大后减小,沉降量变化幅值较小。影响地面沉降的土体参数按敏感性从大到小排序依次是弹性模量、渗透系数、泊松比、密度、内摩擦角,其中内聚力和孔隙比敏感性极小;分析挡水构筑物的设置对各参数敏感性的影响可知,土体渗透系数和与侧摩阻力正相关的参数(即泊松比、内摩擦角、内聚力)敏感性增大,其余参数敏感性减小,因此在分析地面沉降时,应适时考虑侧摩阻力的影响。地下挡水构筑物的设置和考虑弹性模量与渗透系数的正相关性计算得到的结构可靠度均减小。土层由侧摩阻力控制的沉降量大小取决于土层的沉降差和变形土层厚度。