渗流固结耦合作用分析基坑土压力及变形计算

论文摘要

国内外岩土工作者对基坑工程的研究已取得了许多重要的成果,基坑工程乃至超深超大基坑在设计、施工上也积累了不少宝贵的经验。随着经济的发展,沿海地区的许多高大建筑只能修建在软土上,导致地基的地质条件变得比较恶劣;在软土区另一个显著的问题就是基坑开挖过程中当开挖面在地下水位以下时会伴随着降水问题。已有研究证明,土的卸荷可产生负的孔隙水压力。同时,基坑降水又会使地下水产生渗流,这两个因素会导致作用在地下连续墙上的土压力随时间产生变化。本课题将研究开挖卸荷产生的孔隙水压力的消散,以及渗流固结耦合作用等因素造成的土压力变化,并对固结效应在分析深基坑变形的方法做一定的探讨。提出考虑孔隙水压力固结、渗流等的土压力计算方法和地面沉降分析的方法。在基坑开挖过程中,孔隙流体压力会逐渐降低,将土层内有效应力的变化,导致土体产生固结变形。土体的固结又造成土体的渗透性参数的变化。在系统归纳、总结前人研究成果的基础上,采用机理分析、算例比较,对经典土压力理论以及对考虑水土相互作用的土压力进行简单介绍和总结。在Prandtl理论基础上推导考虑渗流力的基坑的土压力的改进模型,并利用MATLAB编制适用的基坑挡土墙土压力程序,进行土压力非线性计算理论的研究。总结出一种能反映位移、时间效应的非线性土压力模型,同时系统开展基坑水土压力分布模式及大小的机理分析。并在渗流固结耦合理论的基础上,分析软土地区深基坑的变形特性,包括坑底隆起和周围地层沉降的性状及其影响因素。分析了工程降水对深基坑土体的预压加固作用,并开展对固结效应及挡墙变形引起的基坑变形的研究。并进行了基坑工程降水引起的地表沉降公式的推导。同时用商用数值软件ABAQUS建立两个基坑模型,一个模型是基于总应力法不考虑水的作用,另一个是基于有效应力法考虑基坑降水的流固耦合模型。两者分析结果进行对比,得出基坑开挖降水过程中渗流固结对基坑水土压力和周围地面沉降、基坑底部回弹及地下连续墙变形的影响规律,基坑渗流、工程降水引起围护结构土水压力的变化及地下水对基坑工程支护结构上主、被动土压力的影响,并得出在计算土压力时候,渗流力不可忽略的结论。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的工程背景及研究意义
• 1.2 深基坑工程国内外研究现状及问题对策
• 1.3 本文主要工作及创新点
• 第二章 渗流固结耦合原理及其研究发展现状
• 2.1 地下水渗流理论
• 2.2 基坑工程的固结理论
• 2.3 基坑工程中的渗流固结耦合理论
• 2.4 本章总结
• 第三章 基坑工程中的土压力计算
• 3.1 土压力的概念
• 3.2 基坑工程土水压力的计算
• 3.3 基坑工程中的土压力计算模式
• 3.4 算例分析及总结
• 第四章 基坑变形及坑外沉降分析
• 4.1 基坑变形与地面沉降理论分析
• 4.2 基坑工程地面沉降计算
• 4.3 基坑工程地面沉降实例分析及预估简介
• 第五章 基坑工程渗流与固结耦合作用的数值分析
• 5.1 深基坑工程的数值分析方法及软件介绍
• 5.2 上海银行大厦深基坑工程的数值分析
• 5.3 本章总结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 下一步工作计划
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢