北京某地铁站基坑降水数值模拟与沉降研究

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1、分类号密级中国地质大学（北京）硕又北京某地铁站基坑降水数值模拟与，>沉降研究WI4^iu.-MM.学-f:2105120002研究生：冯雨润之‘.:.v专业:水利工程研究方向：地下水数值模拟指导教师：崔亚莉教授企业导师：叶锋教授级高工2015年5月声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国地质大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研

2、究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：7王剛办日期:^+关于论文使用授权的说明本人完全了解中国地质大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。口4•幵•保密（—年）（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：导师签名分类号密级中国地质大学（北京）硕士学位论文北京某地铁站基坑降水数值模拟与沉降研究学号：2105120002研究生：冯雨润之专业：水利工程研究方向：地下

3、水数值模拟指导教师：崔亚莉教授企业导师：叶锋教授级高工2015年5月ADissertationSubmittedtoChinaUniversityofGeosciencesforMasterDegreeNumericalsimulationofaBeijingmetrofoundationpitsdewateringandland-subsidenceMasterCandidate:FengYurunzhiMajor:hydraulicengineeringStudyOrientation:Ground

4、waternumericalsimulationDissertationSupervisor:Prof.CuiYaliAssociateSupervisor:Seniorengineer.YeFengChinaUniversityofGeosciences(Beijing)地铁车站基坑开挖几乎都涉及到地下水控制的问题。地铁车站多设置于繁华地区，地面情况复杂。水位变化将导致土体有效应力变化，产生固结沉降；降水形成的漏斗又导致影响范围内不同地点沉降量的差异。这种不均匀沉降对地下构筑物、管线、建筑物地基基础会

5、产生不同程度的影响，使其变形甚至断裂，危害基坑施工和人民群众财产安全，造成重大损失。本文依托北京地铁3号线二期平安里站基坑降水工程，对工程降水技术及适用范围做了简要介绍，并详细说明了平安里站工程降水设计的流程和计算结果。首先对基坑降水引起地面沉降这一现象进行理论分析。介绍了渗流的运动和连续性方程，不同性质含水层的二维非稳定渗流微分方程及定解条件；介绍了结合质量守恒定律、渗流基本方程和饱和土有效应力理论的太沙基一维固结方程，比奥三维固结微分方程组及其二维形式。其次介绍了有限元数值模拟软件MIDAS/GTS

6、的特性和应用范围，简要介绍建模流程。对建模过程中的土体本构模型选取，边界荷载的确定和渗流一应力全耦合分析的应用等关键问题进行深入分析。通过算例的数值模拟，研究土体的变形模量、水位降深、含水层的渗透系数的变化对地面沉降的影响。最后结合3号线二期平安里站工程实例搭建二维有限元模型，分析降水引起的渗流场变化，讨论软件中非稳定流模拟水头函数设置的合理性。在渗流模型的基础上搭建渗流一应力耦合分析模型对基坑降水导致的地面沉降进行分析，最大沉降量约为5mm;并初步预测降水引起的既有6号线平安里站主体结构底部地层的不均

7、匀沉降，最大沉降量约为3mm，倾斜度为2.7e-05,具有一定的理论意义和实用价值。关键词：基坑降水，地面沉降，有限元数值模拟，流固耦合AbstractTheexcavationofmetropitexcavationsarealmostallrelatedtogroundwatercontrolling.Mostly,Metrostationsarelocatedinthedowntownareaofacomplexsurfacestate,thechangesofwaterlevelwilllead

8、tochangesinsoileffectivestress,andcauseconsolidationsettlement;meanwhile,dewateringfunnelhasledtoformationofthedifferencesindifferentlocationswithinthescopeofthesettlement.Thisunevensettlementwillhavevaryingdegreesofnegati