郑州东区长条形基坑降水工程数值模拟分析

论文摘要

近年来,随着城市地下空间的开发利用,深基坑工程越来越受到人们的关注。为了保证基坑工程顺利进行,对于郑州东区的成层土地质(粉土和粉质黏土交替出现),顺利降低地下水位是基坑开挖成功的一个关键因素。基坑降水是一个典型的三维渗流问题,通过理论计算和有限元分析软件ABAQUS模拟结果对比,证明ABAQUS在模拟基坑降水工程方面是可行的。本文在总结前人的相关理论基础上,对郑州东区成层土工程地质条件的基坑降水进行了数值模拟,分析了导致地表沉降变形的原因、每层土的变形的分布特征、如何高效的利用止水帷幕保护周围土体环境,同时指出管井和轻型井点联合的降水方式适用于郑州东区的基坑工程中。主要的研究成果如下：(1)结合降水井动水位面的实际观测数据,采用降水井动水位面控制计算,其结果比较符合实际,计算参数容易取得,计算过程简单方便。即使给定的降水井动水位面的位置有所偏差,仅对降水深度有所影响,而对沉降计算结果的影响很小。(2)对于郑州地区的成层土,基坑降水所产生的土层沉降主要发生在粉细砂层中,其最大沉降量接近地表沉降量的一半。各土层的水平位移近似呈抛物线形分布,最大水平位移发生在距坑壁某一距离处,粉细砂层的水平位移较大,约占地表总水平位移的一半。(3)粉细砂层的沉降主要表现为“释水沉降”,而粉土、粉质黏土层的压密则是“释水沉降”和“减压沉降”的综合效果。(4)止水帷幕只有贯穿降水层中的粉砂层,止水效果才会明显。止水帷幕的使用要考虑到经济效益。(5)采用管井与轻型井点联合降水的方式进行基坑降水,能够在短时间内疏干基坑内边角渗水及上层滞水,弥补了在深基坑降水中单一采用轻型井点降深不足,单一采用管井降水效率缓慢,降水历时短,对周围环境影响小,降低了施工成本,提高了经济效益。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外经典降水渗流理论
• 1.2.2 国内近期降水渗流研究
• 1.3 本文的主要工作
• 2 基坑降水基本理论
• 2.1 简介
• 2.2 基坑开挖过程中常见的不良水文地质现象
• 2.2.1 流土
• 2.2.2 管涌
• 2.2.3 突涌
• 2.3 基坑降水的作用和方法
• 2.4 管井和轻型井点的联合降水方式
• 2.5 渗流的基本概念
• 2.5.1 水在岩石空隙中的渗透
• 2.5.2 渗流速度与实际流速
• 2.5.3 测压高度和测压水头
• 2.6 渗流的基本微分方程
• 2.6.1 渗流的连续方程
• 2.6.2 承压含水层和弱承压含水层的渗流微分方程
• 2.6.3 潜水的渗流微分方程
• 3 基坑降水数值模拟模型
• 3.1 ABAQUS简介
• 3.2 单井抽水计算
• 3.2.1 单井抽水理论
• 3.2.2 计算模型
• 3.2.3 三维数值模拟结果分析
• 3.2.4 结果分析对比
• 3.3 二维降水模型
• 3.3.1 二维建模
• 3.3.2 二维数值模拟结果分析
• 3.4 本章小结
• 4 郑州东区降水工程数值模拟分析
• 4.1 郑州东区工程地质
• 4.2 成层土降水模型的建立
• 4.2.1 本构关系
• 4.2.2 动水位面控制的降水模型
• 4.2.3 模拟结果分析
• 4.3 逐步降水分析
• 4.4 止水帷幕对降水的影响
• 4.5 管井和轻型井点的联合降水方式
• 4.5.1 简介
• 4.5.2 数值模拟分析
• 4.5.3 数值模拟结果分析
• 4.6 本章小结
• 5 结论和展望
• 5.1 主要工作与结论
• 5.2 进一步工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历 在学期间发表的学术论文与研究成果