基于ABAQUS的立井降水数值模拟

论文摘要

立井降水在立井施工中起着重要的作用,一方面水位的降低使立井施工在安全和干燥的环境中进行,同时还增加了岩层的稳定性。另一方面,当周边环境条件差、立井邻近存在建筑物、抽水量特别大时,立井降水容易引起基坑周边地面的沉降和小范围的地震,对生命和财产造成一部分损失,所以立井降水是工程中重要的研究内容。本文首先论述了稳定渗流的基本方程、非稳定渗流基本方程、渗流场与应力耦合的基本方程。简述了渗流的有限元方法,介绍了大型非线性有限元软件ABAQUS在渗流中的应用,并验证其分析降水自由面的可行性。论文研究在立井周围布置一圈抽水井,疏干半径大小对立井周围降水的影响;抽水井井深对立井周围降水的影响;抽水井抽水速度对立井周围渗流场的影响。在抽水井后面布置一圈回灌井,论文研究回灌井井圈半径和回灌井井深对渗流场和应力场的影响。在保证立井降水的前提下,减小地基沉降。计算分析出了上述研究的规律,并对某地区立井工程依据该规律进行降水设计。给出抽水井与回灌井的分布和几何参数、抽水速度,验证设计的可行性,并通过瞬时渗流模型计算得出降水的时间历程,给出关键节点的自由降水面位置、流速场,以及地面沉降分布。采用本文研究的规律可直接根据需要的降水深度,得出最优的抽水井与回灌井的布置形式(同时考虑经济与降水效果);考虑回灌因素,减小了地面沉降与抽水量太大引起的地震;而且采用时程分析,可以得出随时间变化的降水面位置,还可以根据施工的需要,通过改变抽水量的大小调整降水面位置,极大的方便了施工。可见,基于ABAQUS的立井降水分析为立井施工提供了有力的工具,产生了重大的经济效益与社会效益,具有良好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文主要工作
• 第二章 渗流场与应力场耦合的有限元分析
• 2.1 引言
• 2.2 渗流的基本理论
• 2.3 非稳定渗流的基本方程及有限元求解
• 2.4 渗流场与应力场耦合分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 ABAQUS在降水中的应用
• 3.1 ABAQUS软件
• 3.2 ABAQUS渗流分析方法
• 3.3 单井抽水计算验证
• 3.4 本章小结
• 第四章 立井降水自由面的模拟
• 4.1 有限元计算简化模型建立
• 4.2 疏干半径变化的降水影响分析
• 4.3 抽水井深度变化的降水影响分析
• 4.4 回灌井分布的影响分析
• 4.5 本章小节
• 第五章 工程实例
• 5.1 工程概况与地质
• 5.2 模型建立
• 5.3 降水时程分析
• 5.4 不同降水时段流速分布规律
• 5.5 地面沉降结果分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 参加科研情况说明
• 致谢