工程降水条件下花岗岩残积土的沉降变形特性研究

作     者：聂书宇 

作者单位：广州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李亚东

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 080104[工学-工程力学] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主      题：流固耦合 非饱和 抽水试验 沉降变形 花岗岩残积土 

摘      要：近年来,随着我国城市化建设的快速推进,对地下空间的开发逐渐成为城市建设的重要方向。地下商业中心、地下停车场、地铁隧道及车站的数量和规模不断增加,形成了一个庞大而复杂的地下工程体系。花岗岩残积土是华南地区尤其是珠三角地区的主要建设建筑、构筑物、地铁隧道的主要地基持力层,在工程降水条件下,土体会同时存在饱和与非饱和状态,引起的沉降变形与工程、环境的安全密切相关。 本文基于非饱和流固耦合理论,根据FLAC3D平台中的流固耦合求解方法,通过FISH语言编译代码,实现非饱和流固耦合;开展了针对全花岗岩残积土的现场抽水试验,得出降水作用下花岗岩残积土响应规律;基于提出的非饱和流固耦合方法,建立非饱和流固耦合的数值计算模型以及流固耦合的数值计算模型对比计算分析,并借助现场抽水试验的降水深度、土体沉降变形数据验证模型的准确性、实用性;基于非饱和流固耦合模型开展土体沉降变形的敏感性分析,进行不同抽水工况下花岗岩残积土沉降变形规律研究。得到了以下成果: (1)本文基于FLAC3D平台提出的非饱和流固耦合方法比传统的流固耦合方法更能准确反映花岗岩残积土降水过程中土体的响应规律,非饱和流固耦合方法在降水深度的计算值上更符合实际,且能清晰展现土体饱和度随着抽水的进行而逐渐减小的过程,实现抽水过程中饱和度变化的可视化,未考虑非饱和的流固耦合方法在土体沉降变形的计算值上会偏危险。 (2)含水层水位在下降时,其周边土体的渗流变形有一定的滞后效应,且在相同降水深度的情况下,滞后效应会随着抽水速率的增大而增大。 (3)降水作用下花岗岩残积土的沉降变形由两部分组成,一部分沉降是孔隙水压力的降低,土体有效应力增加引起的,这部分是主要因素;另一部分是土体固结时孔隙率发生变化,这部分变形会随着时间发展。 (4)在相同降水时间内,降水深度对土体沉降变形的影响可近似为线性关系。可以通过此规律设置一个小比例的降水工况来评估降水的影响以及滞后效应的程度。