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基坑降水引起地面沉降的数值分析

朱威峰  
【摘要】:随着建筑规模越来越大,高空和地下空间资源的开发利用越来越多,大面积、大深度的基坑正逐步成为必然趋势。降水工作贯穿整个基坑的开挖过程,而且在基础和上层施工过程中也要保持一定水位。目前许多工程的施工环境比较复杂,沉降的控制不仅要满足本工程项目的要求,也要做到在符合规范的同时对邻近建筑物、构筑物的影响减到最小。因此,对基坑降水引起的地面沉降的研究具有重要的理论意义和现实意义。基坑降水引起地面沉降实质上属于三维流固耦合问题。本文比较了常用的数值分析方法,建立了基坑降水过程中应力场与渗流场的耦合关系式。借助有限差分软件FLAC3D,运用其内置的FISH语言编制程序,建立三维地面沉降模型,以北京市大唐电信北京科研中心项目为例进行数值分析。本文所取得的主要成果有:(1)介绍了常用的基坑降水方式,比较分析了各自的优缺点和适用条件,指出了管井降水适合面积大、降深大的基坑。(2)对岩土工程常用的数值分析方法做了归纳和比较,分析了不同方法的基本原理和使用范围。重点分析了有限差分法,指出有限差分法在岩土力学计算中应用广泛,适合求解非线性大变形问题,能够用来处理流固耦合问题。(3)对FLAC3D软件作了系统的学习总结,通过模拟的准备工作和模型研制过程,认识到网格剖分要考虑实际情况和计算速度双重因素,这样才能在收敛、快速的情况下获得较好的模拟效果。(4)以大唐电信北京科研中心项目的基坑工程为例,得到了降深6m、9m、12m和假设降深15m时的地面水平位移(X、Y两个方向)和沉降云图。分析了水平位移位移整体呈现趋向于基坑内部,同时由于基坑的不对称性,南北两侧的水平位移情况较为相似,东西两侧的水平位移差别明显的特点。(5)给出了最大沉降点X、Y向水平位移和竖向沉降随着逐级开挖和抽水的变化曲线,指出本次基坑开挖水平位移主要发生在开挖的0-6m阶段,后续阶段地面在水平方向上逐渐达到新的平衡。(6)模型最终得到的最大沉降为49.816mm。比较了1-1剖面最大沉降和基坑最大沉降的监测值和模拟值的差别,给出了绝对误差和相对误差,同时分析了误差产生的原因,表明了模拟值和监测值具有比较可观的吻合度,验证了利用FLAC3D解决基坑降水引起的地面沉降这一流固耦合问题的可行性。


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