西安地铁大后区间基坑开挖降水对周围建筑物沉降研究

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1、西安地铁大后区间基坑开挖降水对周围建筑物沉降研究第1章绪论1.1研究背景及意义黄土，一种特殊性土，其有异于其它地层显著特点包括：大孔隙发育、垂直节理发育、显著的结构强度、失水后的力学特性显著提高、水平方向渗透系数较小，渗透性差[5]等。黄土广泛分布在我国西北地区，对工程建设引起周围环境变化会表现出一定的特异性。随着我国城市建设的快速发展，特别是近几年来，经济发展的步伐延伸到西北地区，这些黄土区域城市的地上建设和地下空间不断得到幵发，对岩土深基坑工程提出许多新问题。其中主要包括基坑幵挖和降水可能引起的周边环境

2、的稳定与变形问题、基坑侧壁的稳定性问题等。我国的黄土分布呈现一定的特点：黄土土层厚度大、分布面积广、层次多，而且黄土土层含有特殊成分并表现出特殊的工程性质。在特殊的自然条件和地质构造背景下，黄土区基坑形成了源、梁、蹄、阶地等地形地貌[6]。西安地区主要分布为黄土，而梁洼地貌较多[7]。由于西安地下水位较高，且轨道交通开挖基坑一般较深，有的地铁车站基坑开挖深度在30m左右，所以在西安许多地铁基坑工程都需要进行基坑降水，且有的降水深度超过了20m，因此对基坑开挖降水工程提出了更高的安全要求。而地铁车站深基坑在幵

3、挖之前必须进行基坑降水，而一旦降水就会引起土体有效应力的增加，并且还会形成降水漏斗从而使得水力梯度增加，由此产生的渗透力将作为体积力作用到土体上，通过这二者的共同作用将使得周围土体产生沉降或者不均勾沉降甚至可能会出现工程事故，如房屋倾斜、倒塌或者地下管道破裂等。因此研究黄土地层条件下深基坑开挖降水引起周围建筑物沉降的规律，以及有效的防治措施在工程实际中具有重要意义。1.2基坑开挖降水引起地面沉降的研究现状在基坑开挖的过程中，由于基坑内土体的幵挖移除，扰动了原有场地土体平衡受力状态，开挖移走土体这一过程相当于

4、一个卸荷作用，这个卸荷作用会使基坑底部和基坑侧壁在幵挖初期产生一个不平衡的力系，但最终会在周围体系的作用下产生新的平衡，即最终表现就是地面的沉降；而在基坑开挖前，大部分基坑都需要进行基坑降水，这也会对土体的应力场产生新的扰动，随着基坑降水的进行，降水井周围土体的含水层水位会下降，进而减小了土体的孔隙水压力，增大了土骨架的有效应力，最终使土体产生变形、压缩，也就是所谓的地面沉降。所以基坑开挖降水都会引周围地表的沉降。基坑开挖降水引起地面沉降是一个传统而又相当复杂的课题，它牵扯到的内容非常多，内容庞杂，包括描固

5、技术、受力和沉降监测技术、基坑幵挖技术等等。同时这个课题还涉及多学科的很多理论问题，包括地质学中的土质问题、流体力学中的渗流场问题，土力学中的固结问题，还包括强度与稳定性问题，变形问题等等。对这些问题的认识和研究，随着地质学、流体力学、土力学、监测技术及施工技术的进步而不断深入，而这些问题的不断深入探索，有助于更好地理解研究基坑开挖降水引起地面沉降这个课题。..第2章基坑降水与开挖引起建筑物沉降的机理与计算方法2.1基坑降水引起的地面沉降机理Terzaghi提出的有效应力原理是土力学中的一个重要原理。土在外

6、荷载作用下，土骨架和土中的水气共同承担土中的应力。由于基坑降水的作用，土中的含水层水位会下降，那部分由水承担的压力就会转移到土骨架承担，即土颗粒承担压力，这个力即为有效应力。地面沉降是土层中微观土粒变形的一种宏观表现。从有效应力原理的角度上说，就是空隙水压力承担的应力转移到土骨架承担的有效应力的结果：有效应力的增加，会压迫土骨架使之产生变形，积少成多，最终表现为地面沉降。因此，地面沉降是水的渗流和土的变形相互作用而最终呈现的外在表现：正是由于地面沉降是土层中微观土粒变形的一种宏观表现。所以为了说清楚地面沉降

7、到底是怎么回事，应该弄清楚土的微观变形。土是由三相组成，即固相（土颗粒）、液相(水）和气相（空气）。土颗粒从微观上来看是很硬的，含水层水位下降后，有效应力增加，使土颗粒收到压力，但变形很小，几乎可以忽略其变形，因此认为土颗粒是不能压缩的。虽然土颗粒本身很是坚硬，但是土颗粒之间连接却是很脆弱，受力后，会发生滑移等变形的。在这里，还要说明两个概念，一个是土颗粒，一个是土骨架，他们的含义是不同的：土颗粒是指没有关联的颗粒，而土骨架是指土颗粒连接起来所形成的一整个系统。虽然土颗粒是不能压缩的，但是土骨架是可以压缩变

8、形的。粘性土的颗粒外围是一层薄膜水。土颗粒之间的接触往往就是以这些薄膜水作为中介，通过薄膜水把力传给临近它的土体。受力以后，接触点处的薄膜水部分被挤开，土颗粒就靠得更加紧密，宏观上的表现就是土体的压缩。如果外力卸载以后，颗粒接触点的薄膜水就能恢复到原来的厚度，土颗粒之间的位置就可以恢复到原状，这一变形的变形就属于弹性变形。2.2基坑降水引起的地面沉降计算方法目前，基坑降水引起地面沉降的计算方法在国内普遍采用的是分