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.     

高填土基坑降水开挖对周边环境的影响性分析

为了分析高填土基坑降水开挖对周围环境的影响及基坑稳定性,笔者以实际工程为例,对该基坑的地下水位、深层水平位移、地表沉降值、锚索轴力和桩顶水平位移进行了监测.监测分析表明,在施工过程中,基坑周边地下水位的变化大且变化不均匀,部分已超过了预警值;随着开挖深度的增加,深层水平位移随深度的变化曲线由线性逐渐向"弓"形分布转变,最后深层水平位移最大值位于地表以下一定深度;在施工过程中地表沉降可分为急剧增长和平稳增长两个阶段,地表沉降主要发生在基坑开挖期;桩顶水平位移和锚索拉力均随开挖深度的增加而增大,当基坑开挖至设计标高时达到最大并趋于稳定,测试值均小于预警值,满足要求.     

淤泥地层中深基坑降水影响范围及地层变形稳定性分析

基坑降水影响范围及地层变形稳定性是淤泥地层中深基坑工程设计和施工的关键问题之一。本文通过对某淤泥地层中深基坑降水特征分析得出,止水帷幕能能有效阻止连续墙外侧水向基坑横向渗流,减少降水对外部环境影响;基坑降水引起的地表沉降影响范围和基坑外侧地下水位变化影响范围均与降水深度关系不大,影响范围分别约为80m、40m;淤泥地层中基坑降水后水位下降相对砂质粘性土或粉质粘土较小,但地表沉降量却是三者中最大的。因此,在淤泥质土地层中深基坑的设计和施工,应特别注意由降水造成的基坑周围地表建筑物的倾斜和沉降。     

基坑降水引起地表沉降过程数值模拟

通过对地下水渗流理论进行分析,计算出任意点、任意时刻的水位降深数据.根据固结理论得出地表沉降数据,通过交叉验证对插值方法有效性进行评价,根据有效性评价的结果选择出最合适的插值方法,并在此基础上,实现地表沉降过程的数值模拟.根据预测降水开始后不同时间段基坑周围的地表沉降量,可以及时采取有效防护措施,降低基坑抽水对周围环境的影响.     

真空疏干降水与地表变形控制数值模拟研究

以宁波市轨道交通樱花公园站抽水试验的地下水位和地表沉降监测点数据为依据,运用Geo-Studio流固耦合的数值模型,对基坑真空疏干降水进行模拟,应用于疏干降水引起的地表变形预测计算,定量分析围护结构对降水引起的地表变形影响.结果表明,真空疏干井点的影响半径为常规井的1.2 1.5倍,加大井深度对基坑疏干效果不明显,基坑围护结构对周边地表变形能够起到有效的控制作用.     

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.     

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.     

深基坑悬挂止水帷幕结合回灌对控制沉降数值模拟分析

悬挂式止水帷幕不能完全阻隔基坑内外水力联系，此时基坑周边环境难免受到基坑降水的影响；当深基坑内降水程度较大时，为保证周边建筑安全，悬挂式止水帷幕结合坑外回灌的方案开始被用于实际工程中。文章以某深基坑工程实例为依托，利用有限差分软件FLAC3D对基坑降水工程进行数值模拟，对悬挂式止水帷幕条件下深基坑工程降水与回灌过程中的水位变化与地表沉降进行分析。研究表明，止水帷幕结合回灌的方案能够大幅减小基坑外水头降深，有效控制基坑外的地表沉降发展，对比未设置止水帷幕和回灌措施的降水方案，水头降深和地表沉降控制率可达80%以上。合理排布回灌井位置，尽早启动回灌井回灌，可使沉降控制效果最优化。     

地铁深基坑开挖对周围地表沉降的影响

为研究基坑在开挖期间引起的地表以及地表上建筑沉降的规律,在理论分析的基础上,结合沈阳柳条湖站基坑现场监测数据,提出了地表沉降数值计算模型,并对计算模型中的参数进行了分析.研究结果表明:考虑支护结构侧移影响下建立起来的数值计算模型具有一定的合理性,能够很好地预测基坑周围地表的沉降趋势;基坑沉降计算模型的建立实现了定量地分析地表沉降问题,能够准确计算基坑周围不同距离地表的沉降值.研究初步建立计算地表沉降的模型,有助于完善沈阳地区地铁车站设计施工过程中地表沉降分析和预测的理论.     

基于时空效应的深基坑工程变形规律分析

以基坑开挖的"时空效应"为根据,对上海市陶家宅深基坑工程的监测数据进行统计分析。对各监测项目在不同施工阶段、不同空间位置的变形规律进行讨论,重点分析了基坑自身变形及周边环境的变形在不同"时空条件"下的表现形式与内在联系。结果表明:各监测项目的变形主要发生在基坑开挖阶段,底板可以有效地控制基坑自身和周围环境的变形;基坑的空间效应影响程度沿远离坑角方向衰减,且基坑长深比越大,空间效应表现得越明显;围护结构最大侧移及最大侧移出现的深度均随开挖深度的增大而增大;基坑周边地表沉降沿远离坑壁方向呈现先增大后减小的三角形变化趋势;基坑周边地表沉降与管线沉降规律大体相同,但在数值上存在一定的差别。     

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.     

上海地铁M4线修复的深基坑降水应急预警体系

在降水风险识别和因子评估的基础上,将应急预警体系引入到上海地铁M4线修复工程中,介绍了建立应急预警的目的及方法.通过对降水工程设计、施工及运行过程的研究,分析和量化了降水引起地面沉降、基坑变形等对周边环境的影响,并对风险等级进行了评判,建立了应急预警体系,提出了风险防范措施,对类似工程风险防范具有重要指导意义.     

深基坑降水与地面沉降变形三维耦合数值模拟

以比奥固结理论为基础，考虑土体的非线性特征及土的渗透性随应力状态的动态变化，将地下水渗流场和土体应力场进行耦合，建立了深基坑降水与地面沉降变形的水土全耦合三维数学模型，并采用三维有限元数值分析方法，以上海市环球金融中心深基坑降水为例，模拟预测了基坑中心水位降至标高-23．4m时基坑周围地下水渗流场与地面沉降变形场的分布特征．结果表明，该模型稳定性好，收敛速度快，能模拟复杂三维地质体和整个基坑降水工程的结构。     

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。     

饱和软黄土地层降水及引起周边环境沉降特点 ---以西安地铁5号线为例

以西安地铁5号线某区间工程为背景,根据现场施工过程情况及监测数据,研究了饱和软黄土地层的降水特性及其引起周边环境沉降特点。研究结果:饱和软黄土地层工程性质差,施工风险高,地下水处理是施工首要条件,降水是处理饱和软黄土的重要手段;饱和软黄土地层降水影响范围大,周边环境沉降较大,平均每降水1 m,约产生10 mm沉降;降水突变影响区内地层累计沉降及差异沉降均较大,但非降水突变影响区呈整体性、均匀性沉降,差异沉降较小;降水前期,临近建筑物沉降速率大于地面沉降速率;饱和软黄土地层的失水固节持续时间较长,其主要失水固节沉降时间一般大于1. 5个月。     

悬挂式止水帷幕基坑控水优化方法

基于地下水渗流连续性原理并结合达西定律,推导出了止水帷幕在不同插入深度下的圆形基坑涌水量计算公式.在此基础上,借鉴我国船舶工程中广泛采用的阻力系数法,提出了考虑悬挂式止水帷幕的地表沉降量计算方法.最后综合涌水量和地面沉降计算方法,以控水成本为目标,以基坑涌水量和坑外地面沉降量为约束条件,建立了一套完整的兼顾基坑设计安全性和经济性的悬挂式止水帷幕基坑控水设计优化方法,并以北京市通州区某工程场地为例,对所建立的控水优化方法进行了具体应用.     

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。     

廊坊城区地面沉降与地下水漏斗响应关系

通过收集廊坊城区水文地质条件、地面沉降监测等资料,分析地下水漏斗变化和地面沉降发展情况,研究廊坊城区地面沉降与地下水漏斗响应关系。首先,深层地下水是廊坊城区的主要水源,2001—2015年供水量呈整体上升趋势,其中生产用水和家庭用水占主要部分,长期开采深层地下水形成地下水漏斗,漏斗断面呈"V"字形。其次,基于合成孔径雷达干涉(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)技术,廊坊市城区大部沉降速率60 mm/a,局部达80 mm/a。再者,地下水漏斗变化和地面沉降响应关系显示,地下水漏斗与地面沉降中心基本吻合,地下水位开采量增加,造成深层水位下降,导致地面沉降速率不断变大,影响范围亦增大,地下水位下降成为该区地面层沉降主要影响因素,同时建筑群荷载增加对地面沉降亦产生不利影响。因此,开展地面沉降与地下水漏斗响应关系研究可为地面沉降灾害防治提供理论依据。     

基于InSAR的北京市平原区地下水动态监测

北京市平原地区由于长期的地下水开采,导致该地出现地表沉降的地质问题,为实现将InSAR技术应用于地下水的动态监测,采用北京市2007～2010年16景ENVISAT-ASAR数据,利用小基线集技术(small baseline subset,SBAS),得到北京市2007～2010年地表沉降信息,并结合地下水水位埋深数据构建了地下水监测的线性回归方程.得到以下结论:(1)2007～2010年期间,北京市平原区的沉降开始于朝阳区,向四周扩散,且一直在持续;(2)地下水开采与地面沉降正相关;(3)根据地下水与沉降信息构建的三次线性方程,相关性系数最高可到达0. 797;(4)沉降量与GRACE监测的地下水变化具有极高的相关性,因此可以根据GRACE反映的地下水的变化与累积沉降量的相关关系进行空间的降尺度,以提高GRACE数据反映地下水的空间分辨率。     

兰州红砂岩地层地铁站深基坑变形规律分析

为研究高水位红砂岩地层基坑降水开挖引起的变形规律,以兰州东方红广场地铁车站深基坑工程为背景,对基坑降水开挖过程中桩体水平位移以及坑周地表沉降进行现场监测.采用有限差分软件Flac3D对基坑降水开挖过程中的位移进行模拟计算.监测结果表明:随着基坑开挖深度的增加,桩体最大水平位移的位置逐渐下移,最终靠近基坑底部,大约在坑底以上1～2 m;地表最大沉降值出现在距离基坑边5～7 m处,大约0.29～0.41倍的基坑开挖深度;桩间水土流失是造成地表沉降过大的主要原因.模拟结果与实测结果对比分析得出:地表沉降模拟值与监测值变化趋势基本一致;桩体在距地面小于12 m部分其水平位移模拟值与实测值非常接近,大于12 m部分实测值明显大于模拟值.