深基坑工程降水与地面沉降耦合数值模拟研究

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1、第6期(总第163期)2012年12月中围幸盛暑档CHINAMUNICIPALENGINEERINGNo．6(SeriaINo．163)Dec．20t2●—————■————■●——一IIIII—■———■—■—————■—■—————■——■——————————————————————●—————■———●—-DOI：10．3969／j．issn．1004-4655．2012．06．034深基坑工程降水与地面沉降耦合数值模拟研究何招智(上海市地矿工程勘察院，上海200072)摘要：随着深基坑工程建设13益增多，对深基坑工程降水诱

2、发地面沉降灾害的问题显得非常严峻。采用基坑降水与地面沉降耦合模型，将模型应用丁基坑降水施工中进行分析评价，总结出了地面沉降的空间和时间影响效应，为基坑降水设计与施工提供借鉴。关键词：深基坑工程；工程降水；地面沉降；流固耦合中图分类号：TU753．6文献标志码：A文章编号：1004—4655(2012)06—0097—03随着城市建筑规模的不断扩大和用地紧张矛盾凸显，深基坑工程日益增多，随之基坑工程事故及引发的地质灾害比以前有增长趋势。基坑降水引起的渗流改变是事故的主要或重要原因⋯。一方面随着基坑工程土体开挖和工程荷载施加，引起土体

3、内部地下水流态和水力学特征的改变；另一方面，由于基坑降水措施对地下水的补给、径流和排泄条件发生改变，影响士体的稳定性∽。j。要正确分析深基坑降水引发的渗流场与应力场的变化规律并预测地面沉降，就必须进行渗流场与应力场的耦合分析。1工程概况某轨道交通站为换乘枢纽站。2号线基坑站中心底板底埋深21．2m，车站净长约322．011'3。车站主体基坑开挖深度18．9～24．0ITI。4号线车站站中心底板底埋深25．7113，车站净长约146．5133。4号线车站主体基坑开挖深度25．8～27．，7133。基坑开挖深度范围内承压水共分为微承压

4、水、I层承压水、II层承压水。本次研究对象为第1层承压水，赋存于⑧层粉砂、细砂层中，透水性好，含水层顶板埋深一般为48．0～55．0ITI，含水层厚度6．0～8．0m，层位稳定，水位埋深4．5～5．5133。通过基坑涌水量和实际单并出水量计算，结合基坑特点，本工程4号线现有设计区域基坑共需布置第⑧层降压井3口及2口备用观测井。各试验井收稿日期：2012—03—31作者简介：何招智(1968一)，男，高级工程师，主要从事深基坑管理与研究工作。开孑L与终孑L直径为600mm，井管直径为2731"／1113．，过滤管以下lm为沉淀管，过

5、滤管以上为井壁管。井管外过滤管部分填人工砂，填砾规格为0．5～1．5ln／ll；其上填黏土球和黏土；井口填埋混凝土或水泥。工程及水文地质参数见表1。表1工程及水文地质参数表层水位埋渗透系数／m．d一1给水沉降影响系数位深／m——度趴·I'll“hk弹性系数非弹性系数⑥-4．900．001D．00050．044．00E—066．60E—052．20E一04⑦-5．350．05O．02O．055．00E一066．OOE—052，00E～04⑧。-5．601．01．5O，25S．00_E—052．80E—Q56．80E—05⑧：-5。6

6、04050．281．20E一042．5DE—055．50E一05⑨一5．620．050．020．053．00E—064．50E—051．50E—04⑩一5．65100100．284．00E—041，90E一054，00E一052基坑降水与地面沉降耦合模型分析2．1承压水三维非稳定流模型地下水流和土体是由固体、液体、气体三相体组成的空间三维系统，土体可以模型化为多孔介质。因此求解地下水问题就可以简化为求解地下水在多孔介质中流动的问题，建立相适应的地下水三维非稳定渗流数学模型为(去(k尝)+导(是刀考)+兰(k警_)一形=争蓑{．．．

7、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．(五y，Z)～⋯I磊(而y忍f)lf=o=h0(x，Y，z)．．．⋯．．∽Y，z)∈Q。川lhfz，Y，z，f)j·=啊fx，少，z，f1⋯⋯⋯(x，y，z1∈r1式中：k、b．疋分别为各向异l生主方向渗透系数，mid；h为点伍。”z)在t时刻的水头值，1TI；∥为源汇项，L／d；97中圄彳瞌暑靠何招智：深基坑工程降水与地面沉降耦合数值模拟研究2012年第6期E：』s承压含水层：7’：』M承压含水层：f为。一1s，潜水含水层’1—1召潜水含水层∥州时间，d；以为计算域；h。为计算域初始水头值，m；厂，为第一类边界

8、；h。为第一类边界的水头值，m；S为储水系数；Sy为给水度；M为承压含水层单元体厚度，m；B为潜水含水层单元体地下水饱和厚度，m。2．2地面沉降模型考虑为多层土体，竖向渗透系数、压缩模量均已知，故考虑变荷载作用下分层土体的固结微分方程为百OUi--