浅论基于水文地质的天津市区基坑降水设计及地面沉降分析

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时间:2019-03-19

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1、天津大学博士学位论文基于水文地质的天津市区基坑降水设计及地面沉降分析姓名:杨建民申请学位级别:博士专业:岩土工程指导教师:郑刚20061201中文摘要结合天津基坑降水工程实例,本文叙述了与基坑降水有关的一系列问题,包括理论基础一土的渗透性、抽水试验的设计、水文地质模型参数识别、基坑涌水量计算、影响半径动态概念、渗流破坏分类、抗突涌公式评价、有限差分计算方法、地面沉降模型等,建立了基坑降水理论体系的雏形。应用理论分析基坑降水工程实例,得出了对天津市当地降水工程有益的认识。天津市区粘土渗透系数小、排水困难,根据土的渗透性影响因

2、素分析,指出天津市粘土可能符合非线性渗流律或具有初始水力梯度。基坑降水设计之前要进行水文地质勘察,确定水文地质模型并识别其参数,为降水设计提供依据。根据抽水试验中流量难以稳定和越流承压含水层可以达到稳定流的特点,经过严密论证,提出了利用平滑的水位恢复数据和卡尔曼滤波器反演越流承压含水层参数的方法。针对天津市粉土和粉细砂形成的潜水层和承压含水层渗透系数小、难以持续供给恒定流量的特点,引入Slugtest试验方法,首次应用于天津市潜水层和承压含水层水文地质试验并取得成功。通过对抽水试验数据的分析,发现潜水层下第一承压含水层时间

3、一降深曲线符合Theis型无越流承压含水层完整井流曲线,不具备Boulton型曲线特征,所以天津市潜水层一承压含水层不属于二元结构,粉土潜水层与粉细砂承压含水层之间的粘土弱透水层起到了隔水的效果。对于基坑涌水量的分析,建议围护结构封闭范围内采用贮水量的概念,围护结构之下需要减压的承压含水层涌水量采用Papadopulos大井法,改进了封闭式基坑涌水量的传统算法。对于影响半径这一重要参数,指出其在井流未达稳定流之前是一个动态的概念,随时问发展影响范围逐渐扩大,在补给量大于抽水量的情况下,可以出现稳定的影响范围。对于Hantu

4、sh型越流承压含水层,应用s—Igr降深一距离半对数直线延伸的方法求出的“影响半径”范围内给水量只占总抽水量的一半,另~半来自“影响半径”之外补给。基坑降水形成的渗流会产生一种体积力:渗流力,在水压力和渗流力的作用下,可能导致管涌、流土、突涌等渗流破坏,根据破坏作用力性质的不同,可以分为面积力破坏和体积力破坏。对于基坑抗突涌安全验算分析,规范采用上覆土重与承压含水层高水头水压力相比较的简单算法,本文选取天津典型地铁车站基坑数据与所处地层土性参数进行计算分析,结果表明抗突涌土体周围接触面抗剪强度占突涌水压力1/4以上。尤其对

5、于坑底透镜体状承压含水砂层,抗突涌土体周围接触面抗剪强度占突涌水压力1/2以上,是相当大的一部分安全储备,类似情况取消降水措施后,在保证安全的基础上既可节省造价,又可以减少钻井引起的安全风险。以上为本文在基坑降水有关理论研究方面做的一点儿工作,在具体工程应用时,由于实际边界条件复杂等因素,理论解析解难以适用,需要采用数值计算方法。有限差分方法应用广泛,在地下水流连续偏微分方程的基础上,将计算区域三维网格离散化,求解整个系统的大型代数方程组。MODFLOW是世界上最著名的求解地下水流动的有限差分软件,本文简要介绍了其主要功能

6、。基坑降水引起的地面沉降是环境评估的一项重要内容,本文主要叙述了目前存在的一些主要地面沉降计算模型,说明各自特点和应用中需要改进的方面。最后应用以上基坑降水有关理论对天津市区两个基坑降水工程进行设计和地面沉降预测,总结计算结果得出以下有益启示:1)对于较浅基坑,只需对第一承压含水层采取减压措施时,止水帷幕设置深度可只截断潜水层,切入潜水层下粘土弱透水层即可。因为更深入切断第一承压含水层后地面沉降与未切断第一承压含水层相比,没有明显较少。2)对于较深基坑,需要对第一、二承压含水层同时采取减压措施时,且地面沉降控制较严格的情况

7、,最好止水帷幕完全切断第二承压含水层。因为只切断第一承压含水层地面沉降不能有明显减少,切断第二承压含水层后地面沉降才有明显的减少,且将第二承压含水层封闭在止水帷幕内,减压会更加容易控制、更加高效。关键词:基坑降水地面沉降水文地质含水层ABSTRACTWithpracticeinsomede印excavatationofTianjin,severalsubjectswithrelationtodewateringinbuildingpitarediscussedinthispaper,suchaSpermeabilityof

8、soilwhichisbasisofallthefallowingtheory,designofaquifertest,inverseproblemandparameterstructureidentificationingroundwatermodeling,thesupplyofthepit,dyn

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