基于临界水力梯度和沉降双控制的基坑降水优化模型研究

以广州新白云国际机场第二高速公路北段明挖暗埋式隧道K9+298-K9+650段基坑降水工程为例,建立了研究区地下水渗流三维数值模型,基于原设计降水方案的基坑内渗透变形和周围地表沉降的计算结果与实际监测结果基本吻合,基坑内局部发生了渗透变形破坏。为了控制水力梯度以保证基坑内不发生渗透变形,保证基坑周围地表沉降不大于地表沉降报警值,满足基坑降水工程要求和安全,提出了构建基于临界水力梯度和沉降双控制的基坑降水优化模型。基于优化模型对基坑降水方案进行优化,通过计算分析,优化方案不仅控制了渗透变形的发生,而且不会对基坑周围地表造成沉降灾害,表明提出的优化模型的合理性和科学性,对类似工程具有很好的借鉴意义。     

基坑开挖中渗流-应力耦合模拟

根据基坑工程施工实际情况,基于地下水渗流的基本规律以及岩土体受力的本构模型,建立了在应力场和渗流场耦合作用下基坑受力的力学模型,通过有限元方法模拟了基坑开挖过程中周围应力场及渗流场的变化规律。计算结果表明：在设置挡土墙并及时排水情况下,随着开挖的进行,基坑周围的土体变形增大,挡土墙前的土体发生沉降,墙体最终发生变形,基坑底部土体向上隆起,在基坑角落处水头梯度较大,发生应力集中,容易导致工程事故,必须谨慎处理。另外,基坑在降水时内外水头差过大将会引起墙体承受过大压力,基坑周围沉降会更大,这样不利于墙体和周围建筑安全。     

软土地区桩锚联合支护基坑降水开挖的渗流应力耦合研究

基于某软土地区的桩锚联合支护的基坑项目,结合M idas G T S软件对该基坑进行渗流应力耦合作用下基坑降水开挖过程的三维建模,研究渗流应力耦合下基坑不同工况下的变形规律及支护结构位移变化情况,分析造成该基坑地表沉降及坑底隆起过大的原因.研究结果表明桩锚联合支护能够很好地约束软土基坑的侧向形变,但无法很好控制基坑内土...     

某基坑地下水渗流与地面沉降的探讨

针对某软土深基坑具体的工程地质和水文地质条件,从工程实用的角度,导出了基坑渗流与坑外地表沉降的解析关系;现场实测结果证实了该理论分析的正确性和工程实用性。     

深基坑工程减压降水自动控制系统建设

针对宁波地区降承压水引起的周边环境变形问题,结合宁波地区的渗流特征,建立了深基坑降水三维渗流与沉降模型的数学模型。以宁波市东门口站为例,利用抽水试验期间监测数据对水文地质计算参数进行反演,进而对降水运行期间引起的渗流与地面沉降进行趋势预测,并与实测值对比分析,其结果比较吻合。为类似工程的设计、施工及风险控制提供了依据,尤其是对于宁波地区后续轨道交通线路的建设具有长期借鉴作用。     

二维各向异性岩土介质中渗流分析的等参有限元方法

为了建筑环境的保护,软土地区基坑围护中的坑内降水与坑外水位保持常是一对矛盾的课题.而坑内外的水位差,极易形成止水结构两侧的渗流运动.对饱和各向异性、水平延伸、厚度大致相等、且存在一、二类边界时的承压含水层中的承压水二维非稳定流渗流问题,本文推导出了二维、各向异性渗流等参有限元方程,用以进行基坑围护止水结构附近渗流场分析,并给出了算例.     

基坑降水过程中地下水渗流数值模拟

基坑降水在基坑开挖中占有举足轻重的作用.根据渗流力学和岩土力学知识,建立基坑降水过程中渗流计算的数学模型,通过渗流数值模拟,分析了基坑降水过程中基坑土体渗透压力、水头变化规律以及对基坑变形的影响.     

利用Modflow预测某基坑降水引起的地面沉降

在掌握场区水文地质条件和抽水试验成果的基础上，通过利用Modflow对某基坑降水工程建立了较合理的渗流计算模型，并针对可能采用的基坑降水方案，模拟预测出基坑降水下的基坑内外地下水位变化，定量评估了基坑降水引起的附加地面沉降问题，为结构设计核算和施工应对措施提供了重要依据。     

悬挂式止水帷幕条件下深基坑开挖变形特性研究

降水条件对基坑开挖的变形特性具有重要影响。为了研究悬挂式止水帷幕结合承压非完整井组成的墙井系统条件下基坑开挖过程中的变形问题,以某悬挂式止水帷幕深基坑为例,通过定义降水井和地表渗流边界条件建立了考虑分级降水和基坑开挖实际工况的三维流固耦合有限元数值分析模型,使用现场监测数据与数值模拟结果互相验证的方法研究了悬挂式止水帷幕情况下基坑开挖过程中地下连续墙变形和地表沉降的变化特征,对比分析了悬挂式止水帷幕和落底式止水帷幕条件下的地表沉降。结果表明：在不同分级降水情况下,降水深度初次达到场地第一承压水含水层降水期间产生的地下连续墙水平位移增量最大,地表沉降也主要在这一期间产生;悬挂式止水帷幕情况下的地表沉降最大值约为落底式止水帷幕的2.7倍,最大值位置距地下连续墙边缘的距离比落底式止水帷幕大0.85 m;地下连续墙水平位移峰值处,降水期间产生的位移占28%,地表沉降峰值处,降水期间产生的沉降占49%;使用悬挂式止水帷幕时,距地下连续墙边缘12倍开挖深度处,地表沉降与地表沉降峰值的比值为0.1、该距离比落底式止水帷幕大13 m左右。研究成果对确定深基坑降水方案、保证深基坑开挖施工安全具有一定的参...     

基坑防渗体局部失效渗流场变化特征

采用三维有限元方法分析了基坑开挖工程在防渗体出现局部失效情况下，引起渗流在失效部位的集中及渗流场空间状况。提出了以一维通道嵌入三维块体的方法模拟管涌发展过程及渗流场变化特征。讨论了管涌通道渗透性对基坑管涌发展规律的影响。     

基坑降水中的渗出面

对基坑降水中渗出面产生的机理、影响渗出面高度的因素、渗出面高度的计算、渗出面对基坑工程的危害及采取的措施等进行了详细的论述。工程实践证明,基坑降水工程中渗出面的研究对解决基坑降水中遇到的相关工程问题提供了理论依据。     

深基坑降水三维变参数非稳定渗流与地面沉降耦合模型

为了精确模拟预测松散沉积层中深基坑降水引起的地下水渗流场和地面沉降的变化特征,考虑土体孔隙度、渗透系数、储水率随地下水位下降发生的动态变化,建立了深基坑降水三维变参数非稳定渗流与太沙基一维固结理论的地面沉降耦合模型,并采用有限元数值分析方法对模型进行求解。以南京地铁三号线浦珠路站深基坑降水为例进行模拟计算。结果表明：采用15口坑内抽水井,抽水井过滤器埋深为22.0～37.0 m,基坑围护连续墙底部埋深至41.5 m为最优降水方案;不仅使基坑内地下水位满足开挖要求,又使基坑外地面沉降在控制范围内。经验证,所建立的模型合理,计算结果可靠,研究理论用于模拟预测此类地区深基坑降水引起的地下水流场变化具有较高的可信度。     

南通市南山湖综合楼基坑工程降水数值模拟分析

基坑降水的成功与否,关系到整个基坑的安全。南通市南山湖综合楼基坑开挖过程中虽建立了止水帷幕,但仍需对基坑降水的方案进行安全评估。采用MIDAS/GTS数值分析软件建立三维渗流模型,通过对现场单井抽水试验进行模拟分析,综合地勘报告中室内试验渗透系数和抽水试验的渗透系数,反向推演出符合工程实际的渗流边界函数和渗透系数;然后利用反推得到的计算参数,建立三维渗流模型,模拟群井抽水状态下水位降深与时间的变化关系,对群井降水效果进行分析,验证降水井设计是否合理,指导基坑土方的开挖。     

黄土深基坑潜水区降水诱发地面沉降的简化算法

针对黄土地区深基坑降水导致地层不均匀沉降,危及坑周建筑物的问题,论文基于基坑降水诱发地面沉降机理分析,以分层总和法和剪切位移法为基础,推导出降水引起地面沉降的简化计算公式。在忽略群井效应和土层侧向变形的前提下,依据Dupuit公式得出基坑降水曲线方程,将坑周土体以降水曲线为界分为疏干区和饱和区。引入修正系数,对黄土地区不同性质土层因孔隙水压力减小产生的有效应力增量修正,同时考虑桩-土界面侧摩阻力对土体的约束作用,分别计算距井轴不同距离处的沉降量,叠加后得出最终的沉降值。对比数值模拟计算结果及工程实例监测值,分析表明:在桩-土交界处,侧摩阻力对土体竖向沉降的约束作用最明显;在1.5倍降水深度范围内的沉降计算值精度远高于规范算法,能够较好的预测降水期间黄土地区坑周不同距离处的地面沉降量。     

开挖前降水引发基坑变形机制模型试验研究

现有基坑相关研究主要关注土方开挖过程引起的变形,认为围护结构变形起点是土方第1次开挖。然而,一些工程实测表明,基坑开挖前降水阶段即可引起围护结构及周边地层发生厘米级的变形。显然,未考虑开挖前变形的基坑监测数据将低估基坑施工的环境效应。为了研究基坑开挖前降水引发基坑变形的机制,开展了室内模型试验,对基坑开挖前降水过程进行了缩尺精细化模拟。通过微型降水井的设置与调控,模型试验真实再现了实际基坑降水过程中井流效应对围护结构受力变形的影响。试验过程中发现,随着降水的进行,坑外降水漏斗不断扩展,围护结构悬臂式侧移及坑外拱肩式地面沉降也随之产生。另外,降水导致墙前水压力明显减小,并诱发墙前侧向总压力重分布（以减小为主）,围护结构为此发生指向坑内的悬臂式运动以寻求新的受力平衡,并通过墙后土体损失诱发坑外地层变形。     

深基坑降水中不同的地质模型有限元应用研究

分析水-土耦合场相互作用时,将岩土视作弹塑性材料。在非线性本构关系下,考虑渗透作用,得出岩土体有限元方程,建立了基坑降水的三维水-土耦合的数学模型。对基坑降水中不同的地质模型潜水、承压水及有越流补给和实际工程条件井管、过滤管、止水帷幕分别进行了计算处理,并以武汉国际证券大厦降水工程为实例,对其降水过程进行了三维有限元计算。应用三维数值模拟方法,能很好地模拟基坑防渗帷幕、非均质和各向异性、承压-无压等一些解析法难以处理的实际工程条件和地质模型。     

深井降水对支护结构土压力的影响

在目前深基坑开挖过程中,一般要采用降水措施以保证基坑干燥,便于施工。基坑降水会引起基坑内外地下水渗流,地下水状态随之改变,同时也会引起土的物理、力学性质的改变,直接影响作用于支护结构上土压力的大小。传统的水土合算和水土分算是两种极端的处理方式,在基坑降水过程中,根据具体土层选择适当的降水模型,并考虑渗流的影响,对挡土结构的设计具有重要意义。     

对济南地区基坑降水引起既有地基沉降的认识

结合工程经验,对基坑降水引起的周边既有建筑地基沉降的影响因素进行了总结,针对采用分层总和法估算降水引起地基沉降公式中,对应附加应力段的压缩系数取值不准问题,提出了采用基于地层应力历史的降水引起周边地基沉降的估算方法,并结合工程实例对降水引起地基沉降进行了预测。     

深基坑降水引起周边地面沉降量值计算修正系数Ms的确定

从降落漏斗水位以上覆盖层、弱透水层的排水固结过程到多孔介质（岩土层）的压缩、水的压缩三方面分析了深井降水引起地面沉降的机理,得出降水引起地面沉降的压缩层厚度主要为降落漏斗水位以上降深范围内的覆盖层和弱透水层厚度的结论。同时收集了10个有代表性的深基坑降水工程的相关资料,通过实测值与理论值的比值,得出一批降水引起地面沉降修正系数 值（880组数据）。采用BP神经网络对这批数据进行处理,使它能在给定的输入 和输出（ ）之间,建立一种网络映射关系。利用该网络任意输入一组 值,即可得出不同 ,S对应的修正系数Ms等值线图,为类似地层的基坑降水工程,在预测不同的时间、距离的实际沉降量上具有实用价值。     

Numerical study of dewatering in a large deep foundation pit

During foundation pit excavation, groundwater is often the most important factor that affects pit stability. Dewatering is widely used in pit excavation to avoid uplift of excavation floors due to high water pressure. The characteristics of seepage in small-scale deep foundation pits of high-rise buildings or in the long narrow foundation pits of subway stations have been extensively investigated. However, the characteristics of seepage in large-scale deep excavations have not been studied. This paper investigates the large deep excavation of the buildings in Oriental Fisherman’s Wharf. The total area of the construction site is 33,917 m². Single-well and group-well field pumping tests were performed and a numerical simulation by 3D finite difference method (FDM) was carried out. The simulation used results from the field pumping tests. The permeability parameters of the confined aquifer were then revised, based upon comparisons of simulation and observation results. Subsequently, dewatering schemes were simulated by FDM forward analysis. The simulation results show that dewatering schemes can minimize seepage and uplift in large excavation pits, though settlement outside the pit may need treatment measures.