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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三维非稳定流数值模拟

武永霞  
【摘要】:长江三角洲分布有巨厚、松散的第四纪沉积层,地下含水系统是一复合含水层系统,深基坑降水一般采用非完整井,且由于深基坑周围连续挡水墙难以深入含水层底板,所以其地下水渗流场变化及其复杂,具有明显的三维渗流特征,以往的解析解及二维数值模型已难以满足深基坑降水模拟预测的需要。 本文针对复杂巨厚第四纪松散沉积层的深基坑降水,探讨了深基坑降水三维数值模拟计算的理论,采用有限单元法进行了较为深入的研究。对于已知水头边界,采用“去行去列法”和“置大数法”进行处理;对于自由面穿过的单元,在固定网格节点虚流量法的基础上,引入连续的区域识别函数;对于非稳定渗流中自由面边界积分项,采用高斯公式将求自由面的面积分转化为求体积分与其他面积分之差,避免了求自由面的具体位置,同时在计算体积分和面积分时采用连续的区域识别函数;在解法上,采用直接解法和PCG法。在此基础上开发了三维饱和非稳定承压—无压渗流分析程序。 最后将成果分别应用于两个工程实例中:(1)上海环球金融中心塔楼基坑降水,模拟了在多层含水层复合存在、含水层最深底板埋深达149m、基坑周围挡水连续墙埋深达34m、抽水井埋深达55m、抽水井过滤器埋深为34至55m,基坑内地下水位降至埋深达26m的情况下的地下水复杂流动状态,得出了8口抽水井优化降水方案;(2)上海地铁4号线董家渡隧道修复基坑降水,模拟了在多层含水层复合存在、含水层最深底板埋深达144.45m、基坑周围挡水连续墙埋深达65m、抽水井埋深达60m、抽水井过滤器埋深为45至60m,基坑内地下水位降至埋深达42.45m的情况下的地下水复杂流动状态,确定出了最优降水方案。经后续工程验证正确、可靠。 研究结果表明,在结点虚流量法及计算体积分和面积分时引入连续的区域识别函数增强了解的收敛性和稳定性;处理已知水头边界的“置大数”法在时间上要比“去行去列”法短一些,定水头边界节点越多,其优越性表现越明显;PCG法比直接解法快很多;三维有限元数值模拟理论用于模拟预测此类地区的深基坑降水具有较高的可信度。
【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】:TU46

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【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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【二级引证文献】
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