渗流作用对深基坑支护结构的影响分析[abstract]

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1、渗流作用对深基坑支护结构的影响分析摘要：从地下水与土体的相互作用机理出发，结合有效应力原理，通过建立考虑渗流作用的柯效应力法模型和不考虑渗流作用的总应力法模型，按考虑渗流和不考虑渗流两种情况下支护桩的位移、桩身弯矩和支撑轴力进行对比分析，结果表明，基坑降水开挖引起滲流场发生变化，以至于在地下水作用下土体应力发生改变，使得支护桩及支撑所受荷载也随之变化，导致桩体、支撑受力变大，位移也增加。关键词：渗流作川深基坑支护基坑降水在地下水位较商地区开挖基坑时，坑内外通常存在着水头差，地下水将在坑A外水头差作用下发生渗流。地下水渗流改变基坑

2、内外的应力场，不仅影响作用在围护结构上的水压力、土压力及侧压力，还引起基坑周围地表的沉降，对周围环境带来严重影响。通过分析大量基坑失稳和变形破坏的工程事故实例可发现，因渗流引发的基坑失稳占很大比重m。所以，有必要深入研宂基坑场区地丁水的渗流形态和孔隙水压力场的分布，分析地T水渗流对基坑稳定性的影响，进而采取合理的设计方案和施工措施，减少此类事故的发生。目前渗流的研究以数值模拟技术为主要手段，常用的方法是有限差分法和有限元法。有限差分法在处理简肀的几何边界条件时可以取得良好的结果，但在求解笈杂几何条件时其自身的不稳定性和收敛的W难

3、性使得计算W难。而有限元法在渗流区域不规则、边界条件较为复杂时，相对其他的数值方法更具有优势。因此，本文选取一支护体系为排桩加单支撑的典型深基坑工程实例，进行有限元数值模拟，分析渗流作用对支护桩和支撑的作用影响。1流固耦合的控制方程基坑工程中降低地下水位会使得周围土体存在水头差，不同的水头差产生的渗透力将以体积力的形式对土体产生作用，引起土体应力场和位移场的变化。与此同时，应力场与位移场的改变将引起土体孔隙率的改变，孔隙率的变化必将引起土体的渗透性的变化，从而引起渗流场的变化。因此,土体内的应力场和渗流场的变化是相互制约又相互影

4、响的。流固耦合问题的控制方程是建立在弹性力学的基本方程和渗流问题的基本方程之上的。耦合问题引入了有效应力原理，即总应力为有效应力和总孔隙水压力之和，土骨架作为弹性固体考虑，层流孔隙水与固体通过压缩条件和连续条件而耦合。基坑降水问题同样属于流固耦合问题，其控制A程为流固耦合控制方程。对于平而应变问题，流固耦合方程可写为l2U3

5、:—GV2w+Gl-2voII—GV2w'.l-2vdyzII)/dt+丄du}k•——dx

6、oIIw力使表达更力简洁，可将流固耦合方程写成矩阵形式。土体平衡方程写成矩阵形式力：[d]r[D

7、][dlf}-[^Y{M}u+M=0（2）土体连续方程写成矩阵形式为:{A/}r[3][々][d]r{A/}n-—{M}t[3]{/}-vv=O(3)ot式中{m}=[iio]r；[a]=oro¥AavArsoAaV■o1wvvX0ky_wId>;{w}=[0if,w为源汇项，补给区域时为正，流出区域时为负。对于轴对称和平面应变中某些简单情况，可以推导其解析解，但对于边界条件稍微复杂一些的土层，便无法求得解析解。在计算机技术发展后，有限元法得到广泛应用，此类问题便得到很好解决。用有限元法求解渗流场和应力场耦合问题一般分为两大类：

8、顺序耦合法和直接耦合法。顺序稱合法是按照顺序进行两次或更多次渗流场与应力场分析，通过把渗流场分析的结果作为应力场分析的荷载来实现两种场的耦合的。直接耦合法利川包含所有必须自由度（位移和孔压）的耦合单元类型仅仅通过一次求解就能得出耦合场分析结果

9、41。本文中有限元模拟分析采用的是直接耦合法。2工程实例分析2.1工程概况某拟建综合楼建筑总而积10600平方米，主楼11〜12层（局部7层），采用框架〜短肢剪力墙结构，裙楼2层框架结构，主楼裙楼均设1层地下室，基础埋深为4.65m〜5.45m。基坑周围环境杂，开挖深度为5.45m，支护方

10、案采用钻孔灌注桩加一道钢管支撑。基坑影响深度范围lAl主要为第叫系全新统（Q4）,场区内土层分布较均匀，按揭露的先后顺序将各分层地基土岩性特征及分布规律自上而下如表1所示。表1场地地基土岩性特征及分布规律Table1Thescheduleofthecharactersanddistributionoffoundationsoils岩土编号名称岩性一般特征描述①杂填土杂色，湿〜饱和，松散，主耍由粉质粘土碎砖瓦、砂石、灰渣等建筑垃圾组成，土质不均。层厚2.6〜5.lm。②粉质粘土灰褐色〜灰苈色，饱和，流槊，中偏高压缩性，摇震反应慢，

11、光泽反应稍有光滑，干强度韧性中等。层顶埋深3.3〜3.8m，层厚0.0〜2.2m。③粉土黄绿、灰色，主要成份由长石、石英云母组成。很湿，稍密。中压缩性。摇麁反应中等，无光泽反应，T•强度、韧性低。层顶埋深2.6〜5.8m:层厚1.6〜5.8m。③-a淤泥质粉质粘