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基于有限元的降水引发深基坑变形规律分析研究

刘春良  
【摘要】:随着我国经济迅速发展,对地下空间的利用要求迫切,基坑开挖深度越来越深,而深基坑开挖必须保证坑内无水或有水但不影响施工,降水是其主要手段之一,由降水引起基坑变形及渗流破坏占基坑事故总量的90%,降水成为基坑开挖的关键因素。当基坑降水不足时,难以保证基坑顺利施工,当基坑降水过量时,可能会引起周边地层沉降变形过大导致事故发生,因此针对降水引起地层变形规律进行研究很有必要。本文以长春某深基坑降水工程为研究对象,通过理论计算、监测数据与数值模拟,对多个实例基坑进行分析得到长春地区降水引起地层变形规律,对指导长春部分地区基坑降水设计具有借鉴意义,本文的主要工作及成果如下:(1)收集查阅国内外关于基坑降水及有限元研究的文献,归纳整理并进行分析,指出降水引起地层变形的区域性特点。(2)针对长春地区常用基坑降水形式及优缺点进行对比分析,介绍太沙基固结理论、比奥固结理论及渗流场与应力场耦合关系,分析降水引起地层变形的理论计算方法、规律及影响因素。(3)对长春某深基坑降水工程进行理论设计,并通过理论计算其土层沉降值,与基坑监测数据对比分析,得到由降水引起不同土层的分层沉降经验系数和该地区的总体沉降经验系数Ψ_w∈(0.07,0.15)。(4)使用Midas GTS NX有限元计算软件,对本构模型进行分析,得出修正摩尔-库伦本构模型针对降水条件下周边土体沉降变形模拟结果更加吻合。针对数值模拟与监测值的差异的主要参数压缩模量E_S进行模拟分析,得出采用10~15倍压缩模量E_S时数值模拟结果与监测值基本吻合;通过多个基坑对比并调整不同降水深度得到长春地区降水引起变形的影响带,得到了地表最大沉降值ΔS与水位降深S_W之间的影响关系。(5)结合深基坑实例工程,通过调整降水方式、降水井间距、水位降深进行降水引起基坑变形研究,得出采用分层降水方式能减小地表沉降值,在该地区降水井间距以6~8m为宜,地表沉降量增加率随水位降深增加而减小。


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