长江三角洲地区深基坑降水与地面沉降模拟预测耦合模型研究

长江三角洲地区深基坑降水复杂,且极易引起地面沉降地质灾害问题,传统的基于地下水动力学原理的解析解模型(Theis公式或Dupuit公式)已难以满足降水设计模拟计算的需要,尤其是无法预测降水引起的地面沉降问题,深基坑降水与地面沉降耦合模型将地下水渗流模型和土体应力-应变模型耦合起来,可根据基坑地下水位的控制要求,同时模拟计算出降水井的布局、各井的开采量和地面沉降量。据此确定出的基坑降水方案既能满足地下水位的控制要求,又能对降水引起的地面沉降进行最优化控制。     

软土本构模型在深基坑环境影响分析中的适用性探讨

基坑降水开挖的环境影响常采用顺序耦合法和全耦合法两种方法进行数值分析,其计算结果的可靠性主要受土本构模型和计算参数选取的影响,对于全耦合分析尤其突出。针对该问题,在系统地比较分析几类常用土体本构模型优缺点的基础上,对某基坑实例在降水开挖作用下引起的基坑周边地面沉降等规律进行分析;通过对比数值计算结果和实测结果,评价了不同本构模型在基坑降水开挖耦合分析中的全耦合数值模拟,分析降水开挖引起的地面沉降、围护结构水平位移适用性。分析结果表明:降水开挖耦合分析中,在重点关注地表沉降值时,应根据关注位置与开挖区边缘的相对距离而选用不同本构模型;关注地面沉降时采用修正剑桥模型较合适,而关注围护结构侧移时采用摩尔—库伦模型更合理。     

基于基坑降水优化设计的地面沉降数值模拟

深基坑降水引起的地面沉降给工程和周边环境带来很大的危害,以天津地铁 XX站深基坑为例,通过使用有限差分模拟软件Processing Modflow建立三维地下水渗流场与地面沉降耦合模型,利用抽水试验数据反演识别场区的水文地质参数,对基坑降水对周边环境的影响进行预测。结合施工要求,本着在规定时间内用最少的抽水量完成降水要求,并对基坑周围造成的环境影响最小的原则,对基坑降水进行优化设计。     

管井井点降水与邻近构筑物附加沉降防止

结合深圳某工程实例，较详细地介绍了管井井点降水的设计与施工，以及降水引起邻近构筑物附加沉降的防止措施与效果。     

考虑隧道降水和开挖施工过程的三维地面沉降模拟

明挖法是隧道施工中常用的一种方法,但其降水和开挖施工不可避免地会引起周围地面沉降。为了防止隧道施工对周围环境及建筑物产生严重的不良影响,地面沉降控制是检验施工支护设计合理性的关键。隧道施工造成地面沉降的主要原因有降水、开挖和支护作业,以往研究大多集中于单一因素的影响分析,为使分析结果更接近于工程实际,需将三者综合考虑,从全过程的角度进行三维模拟计算。为此,结合无锡市某湖底隧道建设,利用ABAQUS 有限元分析软件建立了三维模型,选取具有不同开挖围护结构方案的两个代表性区段,对隧道降水和开挖施工引起周围土体的位移和地面沉降进行模拟研究,模拟中考虑了止水帷幕、挡土墙和桩基础的施工,降水施工,以及开挖和支撑施工等,模拟结果与现场实测数据进行了对比验证,模拟结果表明：（1）随着与基坑距离的增加,土体从隆起逐渐转变为沉降继而再逐渐减小,开挖施工和降水施工对最终地面沉降量的占比分别为30%~40% 和60%~70%;（2）采用钻孔灌注桩围护的直立开挖段产生的地面沉降要大于同样深度的放坡开挖段;（3）桩基础有助于控制地面沉降。     

基于浅层地下水回灌的基坑工程沉降防治分析与计算

采用下负荷面剑桥模型,联合渗流方程,建立土-水完全耦合平衡方程计算模型,探讨浅层地下水人工回灌在基坑工程降水过程中抑制基坑周边地面沉降的作用,并以邻近上海地铁一号线的淮海中路3号地块基坑降水为例,对基坑工程实测沉降和回弹数据进行数值拟合,理论结果与实际数据吻合。本方法对基坑工程地下水回灌防止地面沉降有一定参考指导作用。     

不同方法求解疏排水引起的地面沉降对比研究

地下水开发利用和疏排水过程引起的地面沉降是一个渗流场与应力场耦合的过程。基于算例模型,分别采用目前常用的基于渗流-沉降分步计算的土力学经验公式、渗流-沉降部分耦合的GMS软件中SUB模型以及目前少用的基于渗流-沉降全耦合的COMSOL Multiphysics模型对疏排水引起的地面沉降量进行了计算。对比不同方法计算结果表明,COMSOL Multiphysics计算疏排水引起的地面沉降可行且计算结果较经验公式法、GMS中SUB模型的结果更为合理、更符合实际沉降特征。在此基础上,采用COMSOL Multiphysics和GMS中SUB模型对比研究了不同渗透系数对地面沉降计算的影响,结果进一步验证了COMSOL Multiphysics求解疏排水引起地面沉降的可靠性。     

北京地铁十号线熊猫环岛车站降水工程技术

结合北京地铁十号线熊猫环岛车站降水工程实践,介绍了利用反循环钻机施工管井工艺、抽渗结合法进行基坑降水的方法;并对其地下水监测及沉降监测等施工技术、降水对周围环境的影响及防治措施,以及施工中出现的问题和处理经验进行总结。     

考虑流变特性的流固耦合地面沉降计算模型

本文根据流固耦合力学的理论与方法,研究地面沉降问题,即将地面沉降过程视为一个动态耦合作用过程,通过建立渗流－变形－沉降耦合模型,同时对渗流、变形和沉降过程进行仿真模拟,从而对地面沉降进行计算和预测。由于软粘土的流变变形量在地面沉降中占有明显的份量,因此本文在模型中充分考虑软粘土的流变特性,建立了包括主固结又考虑次固结的计算模型,特别适用于采、灌过程中不同受力阶段的流变特性。其特点：三维渗流与三维固     

地铁暗挖法施工中降水引起地面沉降问题的探讨

近年来,地铁暗挖施工中辅助降水措施取得了很大成功,但由降水引起的地面沉降,其成因、危害性、如何避免和控制是十分重要的问题。本文结合北京地铁7号线双井站工程实际经验,对降水沉降问题进行探讨和总结。车站主体暗挖施工过程中,监测降水沉降值仅4.0mm,证明双井站降水方案和沉降控制措施是合理的。     

The Characteristics and Causes of Land Subsidence in Tanggu Based on the GPS Survey System and Numerical Simulation

Land subsidence is a severe hazard threatening Tanggu, a flat lowland area, and evidences of land subsidence can be seen throughout the city. A new reasonable GPS network was set up in this area from 2008 to 2010. The monitoring data show that land subsidence was serious and two main subsidence cones were obviously formed in the region. One emerged at Hujiayuan, with the maximum rate reaching 60 mm/a, and the influence region enlarged prominently from 2005 to 2010. The other one occurred at Kaifaqu, which became obvious only after 2005, and it showed a decreasing tendency with time. To analyze the causes of ground settlement, a correlation between groundwater withdrawal and land subsidence was firstly made. The results confirmed that over-exploitation of groundwater was the major cause for the severe settlement in Hujiayuan. Meanwhile, the subsidence of Kaifaqu was also related to groundwater withdrawal before 2005. However, the relationship became unconspicuous after 2005. To find the cause of this abnormity, a three-dimensional finite element numerical model, coupled with groundwater flow and subsidence, was built. The simulation results indicate that the subsidence induced by high-rise buildings is serious, but the affected range is limited and it also shows a decreasing trend with time, corresponding to the subsidence characteristics at Kaifaqu. Therefore, more attention should be paid to this hazard induced by engineering construction besides groundwater withdrawal, as more high-rise buildings are under construction in Tanggu.     

基于BP神经网络的太原市地面沉降预测及分析

通过对太原市地面沉降资料、气象水文和地质条件以及地下水等大量资料的分析与整理,考虑到太原市各个沉降中心的沉降趋势不尽相同,对太原市吴家堡、西张、万柏林和下元4个沉降中心分别建立BP神经网络模型,并基于训练好的BP神经网络模型,在太原市地下水开采量的规划方案下,预测了在不同降水保证率下2009-2015年地面沉降的趋势,...     

Processing Modflow在基坑疏干抽排水中的应用

以天津某基坑为研究对象,采用Processing Modflow数值模拟软件建立了地下水三维渗流与地面沉降耦合模型。模拟了基坑疏干抽排水在完成支护、止水帷幕施工条件下其周边地下水位和地面沉降的实时变化:即由于疏干抽排水引起的基坑周边约80 m内地下水水位降幅在0.90~82.15 cm之间,约80 m内地面沉降量在0.001~26.21 mm之间。模拟结果与后期监测数据吻合较好,能够较为真实的反映降水过程对周边环境的影响。     

Groundwater resources management under environmental constraints in Shiroishi of Saga plain, Japan

A sinking of the land surface due to the pumping of groundwater has long been recognized as an environmental issue in the Shiroishi plain of Saga, Japan. Land subsidence can have several negative economic and social implications such as changes in groundwater and surface water flow patterns, restrictions on pumping in land subsidence prone areas, localized flooding, failure of well casings as well as shearing of structures. To minimize such an environmental effect, groundwater management should be considered in this area. In this study, a new integrated numerical model that integrates a three-dimensional numerical groundwater flow model coupled with a one-dimensional soil consolidation model and a groundwater optimization model was developed to simulate groundwater movement, to predict ground settlement and to search for optimal safe yield of groundwater without violating physical, environmental and socio-economic constraints. It is found that groundwater levels in the aquifers greatly vary from season to season in response to the varying climatic and pumping conditions. Consequently, land subsidence has occurred rapidly throughout the area with the Shiroishi plain being the most prone. The predicted optimal safe yield of the pumping amount is about 5 million m³. The study also suggests that pumping with this optimal amount will minimize the rate of land subsidence over the entire area. An erratum to this article can be found at     

基于SBAS-InSAR技术的豫北平原地面沉降监测

豫北平原是河南省平原地区地面沉降灾害较严重地区之一,快速全面掌握豫北平原地面沉降信息、有效防控地面沉降的持续快速发展对中原城市群建设至关重要。本文借助中高分辨率RADARSAT-2雷达数据,基于SBAS-InSAR技术获取了豫北平原2014-2016年的地面沉降监测数据。监测结果表明：两年内豫北平原地面整体下沉,区内共圈定8个较明显的沉降区,总面积约3 006 km²,各沉降区沉降速率在25.00~114.85 mm/a之间;其中,除安阳县白壁镇-内黄县沉降区和辉县沉降区最大沉降速率分别达到95.36和114.85 mm/a之外,其余6个沉降区最大沉降速率均小于73.58 mm/a。根据沉降区现场实地调查和综合分析发现,豫北平原地面沉降主要是活动断裂、松软岩土、地下水超采、城市建设活动、石油和地热资源开采等共同作用的结果。建议将豫北平原地面沉降的防控重点放在人类活动引起的地下水超采和城市建设引发的松软岩土层超量堆载等方面。     

天津中心城区基坑降水对地面沉降的影响范围研究

依托天津地区5个典型工程案例,对基坑降水引起的地面沉降规律进行了基本分析。由于基坑降水引起地面沉降的范围较远,往往能达到墙后5~10倍基坑开挖深度的距离,而实际基坑工程坑外沉降的测点往往布置在墙后1~4倍基坑开挖深度的距离,因此难以全面的获得不同类型基坑(如基坑深度不一)降水对地面沉降的影响范围。本文利用有限差分软件Modflow建立三维地下水渗流模型,并利用文化中心站的工程实测数据对该模型进行验证,最后利用该模型研究不同开挖深度的基坑(5~25m)降水对地面沉降的影响范围,并探讨5种不同止水帷幕截断方式的工况下坑内降水后坑外水位及地面沉降随时间发展关系。     

高层建筑引发地面沉降模拟预测三维流固全耦合模型

为了准确预测由高层建筑引发土体应力场和渗流场变化而导致的地面沉降,以比奥固结理论为基础,结合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,并考虑了土体孔隙度、渗透系数及变形参数随有效应力的动态变化关系。以河北省沧州市为例,建立了沧州市高层建筑荷载、地下水渗流与土体变形三维流固全耦合数学模型。在对模型进行识别、验证的基础上,模拟预测了沧州市在地下水停采、仅存在高层建筑荷载的影响下,从2010年12月底到2025年12月底逐年的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：沧州市由高层建筑荷载引发的最大地面沉降量为40.57 mm,最大地面沉降速率为2.7 mm/a,位于沧州市区。     

土体自重固结压缩对地面沉降影响研究

以南通市为例,建立了土体自重固结压缩、地下水开采与地面沉降三维全耦合模型.在对模型进行识别、验证的基础上,模拟预测了南通市在地下水停止开采,仅在土体自重固结压缩影响下,自2010年12月31日-2025年12月31日各含水层组地下水流场变化和地面沉降的发展趋势.结果表明,在此期间,南通市由土体自重固结压缩引起的最大地面沉降量为2.42 mm,最大地面沉降速率为0.16 mm/a,土体白重固结压缩对南通市地面沉降的影响极为有限.     

北京地下水系统演化与地面沉降过程

采用地下水动态监测网、GPS监测网数据、气象监测数据与SAR数据、GIS等技术相结合,建立地下水系统演化与地面沉降过程模型,系统分析了北京地区地下水降落漏斗区地面沉降的形成过程。研究表明:降雨量呈逐年下降趋势,地下水开采量随之增大;平原区地下水位呈下降趋势,间接导致了地下水降落漏斗和地面沉降的形成演化。地面沉降对地下水降落漏斗的响应模式存在着季节与年际差异性,时空分布上存在不均匀性,最大地面沉降速率约为41.43 mm/a;揭示了地下水降落漏斗与地面沉降漏斗空间展布特性存在一致性,但并非完全吻合。