长江三角洲地区深基坑降水与地面沉降模拟预测耦合模型研究

《长江三角洲地区深基坑降水与地面沉降模拟预测耦合模型研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、地质学刊第35卷第1期doi：10．3969／j．i∞n．1674-3636．2011．01．45长江三角洲地区深基坑降水与地面沉降模拟预测耦合模型研究戴根宝。杨民(江苏省地质工程有限公司，江苏南京210018)摘要：长江二角洲地区深基坑降水复杂，且极易引起地面沉降地质灾害问题，传统的基于地下水动力学原理的解析解模型(Theis公式或Dupuit公式)已难以满足降水没计模拟计算的需要，尤其是无法预测降水引起的地面沉降问题，深基坑降水与地面沉降耦合模型将地下水渗流模型和土体应力一应变模型耦合起来，可根据基坑地下水位的控制要求，同时模拟汁算出降水井的布局、各井的开采量和地

2、面沉降量。据此确定出的基坑降水方案既能满足地下水位的控制要求，义能对降水引起的地面沉降进行最优化控制。关键词：基坑降水；tg面沉降；优化设计；长江一角洲中图分类号：P642．26；TU463文献标识码：A文章编号：1674—3636(2011)01—0045—050引言长江三角洲分布有复杂、巨厚的第四纪松散沉积层，其间发育有多层厚度较大的孔隙承压含水层，各含水层之间又以弱透水的粘性土层相分隔，并发生强烈的水力联系，构成了一个复合含水层系统，具有较高的承压水位。深大基坑的开挖必须依靠大降深的减压降水保证基坑稳定与施T安全，但大降深的降水又使原有的水土应力平衡状态受到破坏

3、，从而引发地面沉降等人为地质灾害，不仅给国民经济的发展带来r不可估量的损失，而FL给人民的生命财产安全带来了严重威胁。如何正确地模拟、预测重大工程深基坑降水引起的地下水渗流场的变化及由此而引起的地面沉降，优化降水设计方案，有效地控制地下水位下降所引起的地面沉降，已成为一个亟需解决的重要课题。长江王角洲是我国经济最为发达的地区，也是城市化程度最高的地区。近年来，随着国民经济的飞速发展，人口的不断增加，城市建设规模的不断扩大，地下空间的开发已日益得到重视，且不断向着大和深的方向发展，有的基坑底板已进入第1承压含水层，承压含水层对基坑开挖施工的安全威胁越来越大，再加上上程场

4、地施工条件的限制，承压水减压降水的难度也急剧增加。总之，承压水降水的成功与否已成为地下工程建设中十分关键的一环，直接关系到工程的成败，亟需有一套完整、成熟的可用于长江三角洲基坑降水优化设计的模拟计算模型。该模型研究不仅具有重大的理论意义和实用价值，并且能产生良好的社会效益和经济效益，具有广阔的推广应用前景(张阿根等，2005)。l国内外研究现状及发展趋势国内外基坑工程降水设计，通常根据降水试验及基于地下水动力学原理(薛禹群等，2000)，采用解析解模型(Theis公式或Dupuit公式)进行。进入20世纪90年代，随着工程建设的不断发展，大型基坑的不断涌现，场地施工条

5、件复杂化程度的不断提高(如深部含水层厚度大、降水井为非完整井、地下水渗流为三维非稳定流、基坑周围的不同支护结构等)，上述方法的使用显得越来越力不从心，尤其是由基坑降水引起的土体变形更是无法预测。因此，收稿日期：2010—11—04；编辑：陆李萍作者简介：戴根宝(1964一)，男．高级工程师，长期从事水文地质、工程地质专业上作．E·mail：dgbl964@163．eom地质学刊2011年3月到了20世纪90年代后期，人们试图用能够刻画基坑地质体、降水上程结构和施工过程的数值解法来设汁摹坑降水方案，并将地F水渗流模型和上体应力一应变模型耦合起来，力争在预测基坑降水引起地

6、下水渗流场变化时，对降水引起的地面沉降进行同步预测，以实现对基坑降水引起的地面沉降进行最优化控制的目的。但迄今仍未形成一套完整、成熟、町直接用于指导摹坑降水方案设汁的模拟汁算模型。基坑降水渗流问题足具有自由面的非稳定渗流问题(毛昶熙，2003)，属复杂的非线性问题，常用的数值解法足有限差分法和有限单元法，并采用迭代法来求解代数方程，其解的稳定性一直是模型求解的难点。国内外学者提出了许多求解方法，如Bathe提出的单元渗透矩阵调整法，马淑芝等提出的复合单元法，下贤能等提出的高斯点法，Desai提出的剩余流量法，张有大提出的初流量法，速宅玉提出的节点虚流量法等。此外，还有

7、变分不等式法、截止负压法、丢单元法、子单元法和虚单元法等。付延玲等提出了改进的复合单元渗透矩阵调整法，将}1由面单元分为十湿单元以及过渡单无，且采厢罚函数法解决r在高斯点附近解易出现振荡、稳定性筐的缺点。基坑降水过程实际是渗流场和应力场相巨影响、相百作用的过程。关于十体和流体相互作用的研究最早见FKTerzaghi对地面沉降的研究，提出了著名的有效应力原理，并建立_r一维固结模型，之后Biot在此基础上取得-r一些开创性的研究成果，建市r较为完善的_三维固结理沦(钱家欢等，1996)，Verrujit进一步发展了多相饱和渗流与孔隙介质耦合作用的理论模