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工程降水引发的地面沉降研究

杨健  
【摘要】:随着城市建设的飞速发展,北京市加大投入建设地铁,地铁施工采用暗挖法,必须采用降水措施,以保证土建无水施工。由于降水必然会引发地面沉降,给社会发展、城市建设、环境保护和人民生活带来危害,有必要对此进行深入研究。 地面沉降是土层中孔隙水承担的孔隙水压力和土骨架承担的有效应力发生变化的结果。处于平衡状态的含水系统,当地下水被抽出后,孔隙水压力减小,原先的土、水平衡状态被破坏,有效应力发生变化,土体产生变形。由于土体的非线-弹性及其多孔性,土体的力学性质、贮水性和透水性都将随之变化。地面沉降是土和水相互作用、内部应力发生变化的外在表现。它与土的变形特性和水的渗流情况密切相关。 本文对地面沉降进行了概述,分析了最近几十年来用于模拟抽取地下水引起地面沉降的数学模型,对地面沉降形成机制及影响地面沉降的主要因素进行了深入分析,从土体中的孔隙水、土体中的孔隙、土颗粒与水的相互作用力、土颗粒间的作用力等角度分析了土体微观结构,对渗透固结从微观上进行解释,并探讨渗透固结规律。 研究方法以北京地铁五号线降水工程为依托,以玉蜓桥桥区为研究重点,建立地下水数学模型,对模型进行了识别和检验,采用 Feflow 进行水位降深预测,建立降水引起的地面沉降模型,利用计算机程序对研究区地面沉降进行了计算,地下水系统数值模拟结果、地面沉降计算结果与实际情况比较接近,为工程降水引发的地面沉降计算起到了指导作用,并得出水位降深与地面沉降之间的关系。 渗透固结的控制因素直接表现为结合水参与渗流,但最终取决于土的粘粒含量及其矿物化学成分、微孔隙及微结构特征、粘粒与水相互作用机制等,固结过程中的孔隙水渗透类型为自由水-结合水类,从微观机理上看,渗透固结归结于孔隙含水量的增减引起土粒间和孔隙中心哪一种离子层占主导地位,有关固结理论应考虑结合水参与渗流的影响才符合其排水固结的实际情况。找出渗透系数、压缩系数、固结系数的变化规律,并对有效应力表达式进行修正。


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