城市深基坑对周边环境影响的研究

论文摘要

随着全球经济飞速发展,现代科技不断进步,城市扩张速度迅猛。在城市的快速发展过程中,伴随着人口密度增加,城镇化加速,导致建设用地紧张、生存空间拥挤、生态破坏、环境恶化等一系列问题。为了使上述问题得到解决,许多城市建设寻求地面、地上及地下的立体空间综合协调发展,从根本上解决城市空间不足与经济、社会建设需进一步发展的矛盾。地下空间的利用需要深开挖,而深开挖又将对周边环境造成不利影响,如地基土结构破坏、建（构）筑物变形过大、建（构）筑物不均匀沉降等。其原因是深基坑开挖将破坏周边土体的应力场,迫使土体应力场再次平衡,引发基坑周边土体发生变形和位移。因此,如何客观的分析深基坑开挖过程中所产生的各种附加应力变化,及由此产生的周边地表、建（构）筑物和管线的变形,仍然具有十分重要的研究意义。本文总结前人在基坑开挖对周边环境影响研究成果的基础上,以基坑开挖影响周边地表沉降的三大因素（围护结构变形、基坑降水、坑底坑底变形）为主线,剖析了各因素与基坑开挖引起周边地表沉降之间的关系,探讨了在各因素影响下的基坑周边地表的变化规律,获得了以下认识与结论：（1）总结前人在基坑开挖对周边环境影响方面的研究成果。包括影响范围、地表沉降分布规律、地表沉降曲线形态、地表沉降的估算公式、建（构）筑物及管线对地表变形的响应等。认为基坑开挖引起沉降的范围约为2-4倍开挖深度,在影响范围内的建（构）筑物及管线应根据地表变形程度及自身抵抗变形的能力来制定相应的保护措施。（2）以基坑变形理论、渗流固结理论为基础,分析了基坑开挖引起周边地表沉降的原因,从基坑开挖引起周边地表沉降的三大影响因素入手,分别分析了三大影响因素与地表沉降之间的关系。揭示了围护结构变形使地层发生移动、基坑降水引起的有效应力与渗透力、坑内外土体形成连通的塑性区是基坑周边沉降产生的重要原因。（3）采用大型有限元软件对昆明典型实例工程进行模拟,分步分工况的模拟了基坑开挖的整个过程,并对无渗流和有渗流作用基坑开挖的应力场、位移场、渗流场进行了分析。考虑渗流作用分析结果与监测数据基本一致。无渗流作用计算结果明显偏小。考虑渗流作用后,基坑开挖达到一定深度后,由于坑内外地下水的水力坡降i已达到某一临界水力坡降iur,可在相对不透水土层中产生渗流,使坑内外地下水渗流连通,渗流场的最大流速剧增,渗透力增大,导致基坑土体总应力、支护墙体水平位移、坑顶地面沉降量、坑底隆起量等出现陡然增大。采用变参数的方法,分析了部分参数对基坑周边地表沉降的影响。结果表明：在其余条件不变时,围护结构刚度与锚索预应力在一定范围内增大,能有效控制周边地表沉降；而插入比对地表沉降的影响较小

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 深基坑工程对周边环境影响的研究意义
• 1.3 深基坑工程引起的环境问题研究现状
• 1.3.1 基坑支护结构变形引起的周边环境问题研究
• 1.3.2 基坑降水引起的周边环境问题研究
• 1.3.3 基坑坑底变形引起的周边环境问题研究
• 1.4 基坑围护结构与周边变形控制分析
• 1.5 本文主要内容与技术路线
• 1.5.1 本文主要内容
• 1.5.2 本文的技术路线
• 第2章 深基坑工程对周边环境的影响
• 2.1 基坑工程的影响范围
• 2.2 基坑工程引起的沉降分布规律与地表沉降值估算
• 2.2.1 基坑工程引起的地表沉降分布规律
• 2.2.2 基坑工程引起的地表沉降值估算
• 2.2.2.1 纵向地表沉降值估算
• 2.2.2.2 水平向地表位移值估算
• 2.2.3 地表最大沉降值与围护结构最大水平侧移值之间的关系
• 2.3 基坑工程对周边建构筑物的影响
• 2.3.1 基坑工程对建筑物的影响
• 2.3.2 基坑工程对管线的影响
• 2.4 小结
• 第3章 基坑工程引起周边沉降的影响因素理论分析
• 3.1 概述
• 3.2 基坑围护结构变形
• 3.2.1 围护结构土压力与位移的关系
• 3.2.2 围护结构变形影响因素
• 3.3 基坑坑底变形
• 3.3.1 坑底变形的定义
• 3.3.2 坑底变形的影响因素
• 3.4 基坑降水渗流固结理论分析
• 3.4.1 渗流的基本方程
• 3.4.2 渗流的边界条件
• 3.4.3 固结理论
• 3.4.4 基坑降水引起的附加应力
• 3.4.5 基坑降水引起的有效应力变化
• 3.4.6 基坑降水沉降机理
• 3.4.7 基坑降水渗透破坏
• 3.4.8 基坑降水沉降的影响因素
• 3.5 小结
• 第4章 深基坑工程实例有限元分析
• 4.1 概述
• 4.2 土体的本构模型
• 4.2.1 本构模型比对与选择
• 4.2.2 土体硬化模型
• 4.2.3 接触界面
• 4.3 工程实例
• 4.3.1 工程简介
• 4.3.2 地质条件
• 4.3.3 基坑周边环境
• 4.3.4 基坑南西侧支护方案
• 4.4 数值模拟模型的建立
• 4.5 数值模拟结果及分析
• 4.5.1 总应力计算结果分析
• 4.5.2 水平位移计算结果分析
• 4.5.3 垂直位移计算结果分析
• 4.5.4 渗流场计算结果分析
• 4.6 几种影响因素对地表沉降的影响
• 4.6.1 围护结构刚度对地表沉降的影响
• 4.6.2 预应力对地表沉降的影响
• 4.6.3 插入比对地表沉降的影响
• 4.7 小结
• 第5章 结论与不足
• 5.1 结论
• 5.2 不足与后续工作
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文
• 参考文献