基坑降水工程地面沉降特征研究

作     者：佟瑞向 

作者单位：吉林建筑大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张文春

授予年度：2019年

学科分类：081803[工学-地质工程] 081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0814[工学-土木工程] 

主      题：基坑降水 渗流分析 地面沉降 降水井 沉降特征 

摘      要：基坑降水一方面可以使地下水位降至坑底以下,便于干燥施工而且可以有效提高土体的物理力学性质;另一方面却导致孔隙水压力减小,有效应力增加,致使地面沉降从而影响周边建筑物以及地下管道的安全。在基坑降水引起周围地面沉降方面,如今已经引起许多学者的重视,但目前缺乏较系统性的研究。因此,本课题将研究基坑变形数值模拟结果的可靠性以及在降水与开挖的共同影响下基坑变形的特征,并在此基础上通过数值模拟,系统性的研究在基坑降水工程中影响地面沉降的因素以及在这些因素下地面沉降的特征,从而为基坑降水工程的设计与施工提供一些有益参考。为了研究基坑降水对地面沉降的影响,本文以长春南四环下穿临河街基坑工程S4、S5、S6施工段为工程背景建立了三维有限元模型,并通过有限元软件的渗流-应力分析模块分析了基坑降水条件下地面沉降特征。本研究通过地面沉降、侧向位移以及基坑隆起三个方面的模拟值与实际监测值的对比分析,总结出数值模拟结果可以比较准确地反映出基坑降水工程的真实情况,得出在基坑降水开挖工程中地面沉降变形类似凹槽形,侧向位移变形类似抛物线形,最大的侧向位移处在坑底以上5m的位置。坑底隆起变形在开挖深度较小时一般是中间大两边小的弹性隆起,而随着开挖深度的增加,坑底隆起变形会由中间大两边小的弹性隆起转变为两边大中间小的塑性隆起。本文在降水开挖分析的基础上,为了研究降水对地面沉降的影响,通过假设不考虑开挖而只考虑降水的方法来模拟分析降水对地面沉降的影响,得出降水是引起地面沉降的一个不可忽视的因素。本文分别从止水帷幕深度、降水井深度、降水井间距、降水井距基坑边缘距离、有无回灌作用五个不同降水方案来分析基坑降水工程对地面沉降的影响,得出止水帷幕深度对地面沉降具有很大影响,但是当深度达到一定的值时,再增加止水帷幕深度对地面沉降的影响明显减弱了,而且地面沉降随着降水井深度的增加不断增加,随着降水井井距的变大不断减弱。在回灌作用方面,回灌在地面沉降的控制以及地下水的保护中可以起到很好的作用,并且回灌明显降低了降水的影响范围以及影响程度。对降水井距基坑边缘距离方面的研究,得出降水井距基坑边缘距离的增加对地面沉降以及影响范围相比以上几个因素的作用显得不是很明显。