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《天津大学》 2014年
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工程降水引起基坑及土体变形机理、规律及控制策略研究

曾超峰  
【摘要】:已有大量文献报道了基坑施工过程中引起的支护结构及土体变形问题,基坑承压水降水引起的地面沉降问题也得到了大量关注。但少有文献对潜水降水单独作用时基坑支护结构变形的问题开展研究,承压水降水引起的土体空间分布形式也少有学者探讨。本研究报道了6个现场降水试验,揭示了潜水降水引起支护结构的变形及承压水降水引起土体变形的空间分布形式;基于降水试验分别建立了潜水、承压水降水的三维精细化数值模型,通过降水试验实测资料从地下水渗流和基坑及土体变形两个方面对模型进行了验证;利用上述模型分别研究了潜水、承压水降水引起基坑及土体变形的机理,探讨了在常见工程降水条件下基坑及土体变形的规律;进一步的,通过现场试验和数值模型分别研究了控制潜水、承压水降水引起基坑及土体变形的策略。本文的工程实测和数值计算研究得到了以下成果:(1)基坑开挖前的潜水降水可引起支护结构发生显著的指向坑内的悬臂侧移,最大能达到所报道工程允许最大侧移的37.6%-47.6%。而土体渗透系数越大,渗透性各项异性越明显,基坑宽度越大,一次性降水深度越大,潜水降水引起的墙体侧移也越大。研究表明,降水井旁渗流力及墙土相互作用使得坑内土体发生指向坑内的水平位移、开挖侧约1/2倍最大降水深度范围内墙土总压力减小、墙体两侧负摩擦的不对称为潜水降水引起支护结构变形的根本原因。而先撑后降、分段降水、分层降水策略则能很好的控制这部分支护结构的变形。(2)承压层短期降水将引起土体变形呈“三段式”的空间分布,承压层上侧土体变形“上小下大”,地表沉降最小;承压层土体变形“上大下小”;承压层下侧土体发生隆起。而不论承压层降水时间长短、竖向补给条件如何,其上、下弱透水层渗透性如何,承压水降水引起的最大土体变形位置均在承压层上有水位降深的土层顶板处。研究表明,承压水降水使得其上土体出现主应力拱、附加拉应力,最终导致“上小下大”变形的出现;承压层土体则在土体附加压力作用下出现从下至上叠加的压缩变形并形成“上大下小”的规律;承压层下侧弱透水层中有较大向上的渗流力,使得土体隆起。而地下水回灌策略可以很好控制承压水降水引起的土体变形,双回灌井组合回灌策略则适用于对沉降要求更严格的工程,总的来说,同灌同扬方案效果最好,先灌后扬次之,先扬后灌应避免采用。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TU753

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