考虑渗流影响的基坑工程三维有限元模拟及分析

论文摘要

基坑降水是基坑工程中的一个难点,而大多数基坑事故都与地下水的处理不当有关,因此对地下水的研究是十分重要的。地下水渗流会引起基坑失稳、流土、管涌、地面沉降,更严重的还会对基坑周围建筑物、地下管线和其他市政设施产生影响。因此,如何控制好地下水,减小其对基坑开挖和周围环境的负面影响,是基坑工程特别是深基坑工程设计与施工的重要组成部分。为对渗流场进行研究,本文利用有限元软件对基坑降水开挖进行数值模拟。首先,土体本构模型的选择将直接决定计算结果的准确性。本文介绍了可以模拟基坑加卸载问题的高级模型-Hardening-Soil模型,通过算例分析其参数对计算结果的影响,并与摩尔-库伦模型进行比较,验证其优越性。本文在过去对基坑渗流场二维分析的基础上,考虑空间效应,对基坑降水开挖进行三维有限元模拟,并与二维模拟结果进行对比。三维模拟能比较理想地反映基坑空间布置、土的渗透系数各向异性和土层的划分对基坑变形和渗流场的影响,从而在一定程度上弥补了二维研究的不足,使研究结果更有现实意义。二维模型得到的地连墙位移和坑底隆起稍大于三维模型的结果。但实际工程中模拟基坑（特别是长宽比较大情况）的降水开挖时,考虑成平面问题可以简化计算充分考虑重点影响因素,二维分析渗流场能得到更清晰直观的结果,虽然结果稍偏于保守,但也有其优势和现实意义。因此结合三维和二维模拟分析,可以为基坑工程防水与降水方案设计提供一定的理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 地下水渗流研究的发展概况
• 1.2.1 以工程－试验方法为主要研究手段的初始阶段
• 1.2.2 以严格定量的解析数学方法为主要研究方法的发展阶段
• 1.2.3 当前以数值模拟技术为主要研究手段的深化阶段
• 1.3 渗流对基坑工程的不良影响
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 稳定渗流的有限元分析
• 2.1 渗流分析基本理论
• 2.1.1 渗流基本概念
• 2.1.2 渗流基本方程
• 2.1.3 渗流基本微分方程的定解条件
• 2.2 有限单元法渗流分析的基本思想
• 2.3 稳定渗流的变分原理
• 2.4 等参数单元
• 2.5 本章小结
• 第三章 PLAXIS 3D FOUNDATION 本构模型的选取及参数验证
• 3.1 PLAXIS 3D FOUNDATION软件简介
• 3.2 土体本构模型的选取
• 3.3 Hardening-Soil模型简介
• 3.3.1 Hardening-Soil模型的双曲近似
• 3.3.2 三相应力状态下的塑性体积应变
• 3.3.3 Hardening-Soil模型参数
• 3.4 硬化模型参数的选取及模拟验证
• 3.4.1 算例
• 3.4.2 材料参数的选取及验证
• 3.5 本章小结
• 第四章 渗流对基坑工程的影响
• 4.1 渗流对支护结构的影响
• 4.1.1 渗流对支护结构上水土压力的影响
• 4.1.2 不同围护结构下渗流的影响
• 4.2 渗流对基坑坑底回弹变形的影响
• 4.3 算例
• 4.3.1 工程概况
• 4.3.2 建模与计算
• 4.4 成果分析
• 4.4.1 基坑开挖水的影响
• 4.4.2 不同土体本构模型的影响
• 4.4.3 三维渗流与二维渗流对比
• 4.4.4 渗透系数各向异性的影响
• 4.4.5 圈梁的影响
• 4.4.6 土层层厚不均匀的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 工程实例的计算和分析
• 5.1 工程概况
• 5.1.1 地质概况
• 5.1.2 水文地质条件
• 5.2 基坑开挖模拟
• 5.3 计算结果对比分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢