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《河海大学》 2006年
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复杂巨厚第四纪松散沉积层深基坑降水与地面沉降三维耦合数值模拟

刘金宝  
【摘要】:长江三角洲地区分布有复杂巨厚的第四纪松散沉积层,地下水位高,深基坑开挖降水幅度大,由此引发的地面沉降问题极为显著。本文以比奥固结理论为基础,将地下水渗流场与土体应力场相耦合,建立了基坑降水与地面沉降全耦合模型,应用有限单元法推导了其空间八节点六面体等参元的有限元离散方程。该模型考虑了自由面边界、流量边界、基坑围护连续墙、井边界、土体非线性特性、土的渗透性随应力状态的变化。接着将该模型的整个求解过程编制成了计算机程序,形成了计算机模型。 该成果最终应用于上海环球金融中心基坑降水工程和上海地铁4号线董家渡隧道修复基坑降水工程的模拟预测,其预测结果经后续工程验证正确可靠。由此可以得出以下结论: (1)本文建立的深基坑降水与地面沉降三维耦合模型,可一次性同时求解出地下水位和土体变形位移量,能应用于实际工程。 (2)考虑土体的非线性特征及渗透性与应力之间的相互影响,应用增量切线刚度法求解弹塑性问题,使得对土体变形过程的刻画更切合实际,能够提高模型的计算精度和收敛速度。 (3)在固定网格复合单元渗透矩阵调整法的基础上,对自由面边界条件求解提出了改进的复合单元渗透矩阵调整法,将自由面单元分为干湿单元以及过渡单元,对于自由面穿越的过渡单元采用双参数罚函数法,解决了在高斯点附近解易出现振荡、稳定性不好的缺点。 (4)在现有对井数值模拟方法评价基础之上,引入排水子结构方法,并将其应用于基坑降水与地面沉降耦合数值模拟中,以高效、精细、定量分析基坑降水复杂渗流场中的井问题。
【学位授予单位】:河海大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:P642.26

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 王翔;考虑渗流—应力耦合作用的基坑变形研究[D];河海大学;2007年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 范啸涛,季光明;预优矩阵及其构造技术[J];成都理工大学学报(自然科学版);2003年04期
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
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中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 李又云;同时考虑加荷、变形和时间的公路软基固结沉降理论及仿真的研究[D];长安大学;2000年
2 王彩会;深基坑降水工程优化设计及渗流场与应力场耦合分析[D];河海大学;2001年
3 王江涛;渗流对深基坑工程的影响分析[D];武汉科技大学;2004年
4 裴利华;有自由面三维非稳定渗流数值模拟若干关键技术研究[D];河海大学;2005年
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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2 傅礼兵;姚约东;;基于指数式非达西渗流模型的解析解[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
3 唐明云;施安峰;贾江涛;吴斌;王晓宏;;考虑轻油组分的SAGD过程热采稠油数值研究[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
4 张保良;;稠油热采定量化研究之一:热-流耦合数学模型[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
5 杨文哲;宋永臣;刘瑜;王志国;赵越超;张保良;;稠油热采定量化研究之二:热-流耦合模型应用及数值模拟[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
6 罗建新;张烈辉;赵玉龙;刘启国;;线性复合油气藏试井解释模型及典型曲线分析[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
7 杨锋;王新海;刘洪;;井钻遇溶洞油藏试井解释方法[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
8 刘华林;熊伟;高树生;;矩形五点井网稳定注采压力系统的建立[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
9 李道伦;杨景海;查文舒;;数值试井若干关键技术研究[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
10 雷晓;邓建强;;海底地层内CO_2渗流与水合耦合现象初步研究——热-流-固耦合数学模型[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 席本强;废弃矿山垃圾填埋场边坡稳定性及加固防渗研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
2 李刚;水岩耦合作用下软岩巷道变形机理及其控制研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
3 秦昊;地铁车站基坑开挖对邻近地下管线的影响研究[D];中国地质大学(北京);2010年
4 齐云阶;水平井采油举升方法及其应用研究[D];中国地质大学(北京);2010年
5 毛海涛;无限深透水地基上土石坝坝基渗流控制计算方法和防渗措施的研究[D];新疆农业大学;2010年
6 邹健;桩端后注浆浆液扩散机理及残余应力研究[D];浙江大学;2010年
7 孙克国;注浆控制岩溶隧道突水地质灾害的机理和模拟方法研究[D];山东大学;2010年
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9 郭小红;厦门翔安海底隧道风化槽衬砌结构稳定性研究[D];北京交通大学;2011年
10 杜朝伟;海底隧道衬砌水压力及结构受力特征研究[D];北京交通大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘炎昊;高煤级煤储层条件下的气体运移机理[D];河南理工大学;2010年
2 桑培淼;注水强化松软煤壁稳定性的规律及工艺参数研究[D];河南理工大学;2010年
3 杨传宽;深基坑变形监控与信息化施工研究[D];河南理工大学;2010年
4 于宝种;阳泉无烟煤对N_2-CH_4二元气体的吸附—解吸特性研究[D];河南理工大学;2010年
5 张彦奇;超细水泥渗透特性微观试验研究及理论分析[D];山东科技大学;2010年
6 陈丽刚;基于ABAQUS渗流与应力耦合作用的边坡稳定性分析[D];郑州大学;2010年
7 毕永传;日照市滨海区浅层地下水系统调控研究[D];山东农业大学;2010年
8 唐丽娟;深部巷道围岩的导热性试验与温度场分布的研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
9 齐有军;东大秦皇岛分校实验楼深基坑支护变形控制与数值模拟[D];辽宁工程技术大学;2009年
10 邢利铭;掘进巷道煤岩瓦斯流固耦合效应数值模拟研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 关明芳,陈洪凯;渗流自由面求解方法综述[J];重庆交通学院学报;2005年05期
2 李云安,黄胜华,黄振伟;抽汲地下水引起地面沉降的水-土耦合三维有限元数值模拟[J];地质科技情报;2005年S1期
3 罗晓辉;深基坑开挖渗流与应力耦合分析[J];工程勘察;1996年06期
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10 杨志锡,叶为民,杨林德;基坑工程中应力场与渗流场直接耦合的有限元法[J];勘察科学技术;2001年03期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 张莲花;基坑降水引起的沉降变形时空规律及降水控制研究[D];成都理工学院;2001年
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中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 金小荣;基坑降水对周围环境影响的数值模拟分析[D];浙江大学;2004年
2 高福华;深基坑工程渗流与变形分析[D];河海大学;2004年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 龚柳;考虑渗流与变形耦合的某地铁车站基坑变形监测分析[D];长沙理工大学;2012年
2 谢玖琪;深基坑支护结构变形对周围地表沉降的影响研究[D];南京林业大学;2012年
【二级参考文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 徐洪钟;大坝动力系统的安全监控非线性分析模型研究[D];河海大学;2001年
2 胡云进;裂隙非饱和渗流试验研究及有地表入渗的裂隙岩体渗流数值分析[D];河海大学;2001年
3 张乾飞;复杂渗流场演变规律及转异特征研究[D];河海大学;2002年
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1 杨剑;渗透系数的随机反演方法研究[D];河海大学;2001年
2 王彩会;深基坑降水工程优化设计及渗流场与应力场耦合分析[D];河海大学;2001年
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1 骆祖江;刘金宝;张月萍;武永霞;;深基坑降水与地面沉降变形三维耦合数值模拟[J];江苏大学学报(自然科学版);2006年04期
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3 王祝芳;张弘怀;沈嘉;;宁波市积极预防地面沉降[J];决策与信息;2009年12期
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6 何建友;王志;;温岭石粘—松门一级公路沿线区域性地面沉降初步研究[A];第八届全国工程地质大会论文集[C];2008年
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9 朱庆川;徐冬;;汉沽区地面沉降及控制措施[A];全国控制地面沉降学术研讨会论文集[C];2005年
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1 木易;长三角地面沉降损失达3150亿[N];地质勘查导报;2005年
2 本报记者 洪敏 本报实习生 徐春梅;地面沉降 城市难以承受之“重”[N];经济日报;2004年
3 楚泽涵 李艳华 李艳丽;地面沉降警示录[N];科技日报;2002年
4 本报记者 王研;地面沉降:每年导致损失超亿元[N];辽宁日报;2002年
5 新华;华北平原地面沉降损失逾三千亿元[N];中国矿业报;2008年
6 通讯员 李岩 记者 吴艳荣;我省东部地面沉降亟待治理[N];河北日报;2004年
7 本报记者 张仲超;谁来扼住长三角地面沉降“大漏斗”[N];中国商报;2005年
8 新华社记者 陈钢;西安控制地面沉降有新招[N];新华每日电讯;2001年
9 记者 蓝建中;大地震致福岛等地出现大范围地面沉降[N];新华每日电讯;2011年
10 记者 宋永敢;天津院士“支招”控制地面沉降[N];中国水利报;2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘桂卫;黄河三角洲地区地面沉降和风暴潮灾害特征及其环境效应研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2010年
2 刘寒鹏;天津滨海新区高层建筑荷载作用下地面沉降研究[D];长安大学;2010年
3 李斌;地裂缝地面沉降灾害管理信息系统开发及应用研究[D];长安大学;2009年
4 胡建平;苏锡常地区地下水禁采后的地面沉降效应研究[D];南京大学;2011年
5 杨健;工程降水引发的地面沉降研究[D];中国地质大学(北京);2005年
6 许烨霜;考虑地下构筑物对地下水渗流阻挡效应的地面沉降性状研究[D];上海交通大学;2010年
7 刘飞;上海市地面沉降变形特征研究[D];中国地质大学(北京);2003年
8 张红;D-InSAR与POLinSAR的方法及应用研究[D];中国科学院研究生院(遥感应用研究所);2002年
9 汤益先;基于相干目标的DInSAR方法及其地表沉降应用研究[D];中国科学院研究生院(遥感应用研究所);2006年
10 张海波;地铁隧道盾构法施工对周围环境影响的数值模拟[D];河海大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘金宝;复杂巨厚第四纪松散沉积层深基坑降水与地面沉降三维耦合数值模拟[D];河海大学;2006年
2 莫云;武汉地铁施工引起地面沉降预测方法研究[D];中国地质大学;2010年
3 别君;基于GIS的黄河三角洲地面沉降研究及相关分析[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2006年
4 唐立刚;天津市地面沉降的GPS监测研究[D];天津大学;2005年
5 张云霞;天津市滨海新区地面沉降防治对策研究[D];天津大学;2004年
6 方志雷;InSAR技术及其在沧州地区地面沉降监测中的应用[D];中国地质大学(北京);2006年
7 佘文芳;沧州地区地面沉降模型研究[D];中国地质大学(北京);2007年
8 宋建新;沧州地面沉降预测预报研究[D];中国地质大学(北京);2009年
9 何伟;D-InSAR技术在西安市地面沉降监测中的应用[D];长安大学;2007年
10 祁彪;地面沉降对京沪高速铁路(北京—济南段)影响分析[D];西南交通大学;2009年
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