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基坑降水的应力场与渗流场耦合及优化设计

徐争光  
【摘要】:本文以完整井的非稳定渗流基本理论为基础,运用加权剩余理论,编制了有 限元计算程序,对潜水完整井的降水过程进行数值模拟。在此基础上,考虑降水 过程中由于水位线的变化而导致场地的应力场与渗流场的相互影响,应用土力 学基本原理和地下水运动方程建立应力场与渗流场耦合的基坑降水计算模型, 并对此过程进行了数值模拟。 针对目前深基坑降水设计理论存在的问题进行了系统的研究,基于优化方 法和理论,以降水井的完成费用和降水运行费用最小为目标函数,通过运用所 建立的有限元计算程序产生能够联系抽水量与水位降的响应矩阵,联合运用基 坑降水的地下水流动的数值模型和优化技术来确定优化的降水系统设计,通过 迭代方法处理含水层为潜水的基坑降水的非线性规划问题。最后利用所建立的 优化模型对实际基坑降水工程进行了计算与比较分析。 模型的本质内容是在基坑降水工程中把从成井到降水费用化后,运用优化 理论对井的位置及各井的抽水量进行优化设计,同时,在含水层较厚的场地, 对降水井的深度也进行了优化设计。 本文研究表明,联合运用基坑降水的地下水流动的数值模型和优化技术的 降水系统设计,由于所用的建立抽水量与水位降的数值模型能够模拟复杂的边 界条件,因此更能反映工程实际情况。同时,优化技术中以总费用为目标函数 比以总降水量为目标函数的优化设计更具有实用性。 本文工作对于基坑降水工程的设计、施工和管理具有一定的参考价值。


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