武汉长江一级阶地铁深基坑渗流应力耦合研究

论文摘要

武汉地区深基坑事故中,九成以上是因为地下水控制失效造成的。其中,承压水含水层在长江一级阶地中普遍存在,且含水层厚度很大,承压水头很高,成为武汉地区深基坑工程的一大特点。针对武汉长江一级阶地地铁深基坑,研究其降水与开挖施工过程中引起的地面沉降以及基坑稳定等影响与变化规律具有重要的现实意义。(1)基于地下水渗流计算与三维比奥固结理论,对深基坑降水与开挖的流固耦合效应进行了分析,建立了渗流场与应力场耦合计算模型。并对三维快速拉格朗日有限差分程序FLAC3D的流固耦合计算模式进行了研究。(2)对武汉长江一级阶地地下水埋藏类型与其对深基坑危害特点作了总结与分析,重点研究了武汉长江一级阶地的承压水特征。利用FLAC3D对某竖井基坑施工过程进行了数值模拟,计算结果与监测结果吻合较好,验证了FLAC3D流固耦合模型和编程思路的合理性与正确性。(3)最后针对处于长江一级阶地的武汉市地铁四号线一期工程工业路车站,使用FLAC3D对其降水与开挖施工过程进行了渗流应力耦合模拟,分别对各种工况条件下的地表沉降、孔隙水压力特征、坑底隆起、动水压力等计算结果进行了研究,并对地下连续墙深度、承压水位变化影响、耦合与不耦合等情况进行了对比与分析。通过对上述计算结果进行研究与分析,获得了一些有意义的规律。其中,地表沉降形成了二次函数曲线分布形态的沉降凹槽,降水引起的沉降要比开挖引起的大；武汉长江一级阶地承压水水头高,在施工过程中坑底向上回弹隆起较大；地下连续墙以下渗流速度最大,容易发生渗透破坏,随着挡墙高度的增加,渗流路径加长,会导致水头损失的增加,渗流速度减小；武汉长江一级阶地承压水与江水有密切的水力联系,承压水头越高,降水引起的地表沉降越大；相较于不考虑流固耦合计算,考虑耦合的计算结果与工程实际规律更为吻合,能起到更好的预测与信息化施工论文成果在一定程度上弥补了对武汉长江一级阶地地貌条件下渗流场与地下水控制研究的不足。为该基坑施工过程中的防水止水与加固设计提供了理论依据,有益于信息化施工；并为今后类似的工程设计与施工提供了参考与借鉴。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 地层变形研究
• 1.2.2 降水引起的地面沉降研究
• 1.2.3 渗流场与应力场耦合分析研究
• 1.3. 本文主要研究内容与方法
• 第2章 土体渗流场与应力场分析及其耦合研究
• 2.1 土体渗流特性及渗流计算原理
• 2.1.1 渗流基本概念
• 2.1.2 渗流基本方程
• 2.2 地层固结与沉降理论
• 2.2.1 比奥固结理论
• 2.2.2 降水引起土层固结的特点
• 2.2.3 降水引起的地层沉降量的计算
• 2.3 深基坑开挖的流固耦合效应研究
• 2.3.1 概述
• 2.3.2 渗流场与应力场耦合模型的建立
• 2.3.3 渗流场与应力场耦合分析步骤
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于快速拉格朗日差分算法的FLAC3D程序及其流固耦合分析方法研究
• 3.1 FLAC3D程序简介
• 3.2 FLAC3D流固耦合分析原理及方法
• 3.2.1 FLAC3D流固耦合分析特征
• 3.2.2 流体-固体方程描述
• 3.2.3 流体力学耦合计算
• 3.3 基坑降水开挖流固耦合模拟技术要点
• 3.4 本章小结
• 第4章 武汉长江—级阶地基坑地下水分析及实例验算
• 4.1 引言
• 4.2 武汉长江一级阶地水文地质概况
• 4.2.1 第四纪地层组合及相变规律
• 4.2.2 长江一级阶地地下水埋藏类型及其在基坑工程中的危害特点
• 4.2.3 武汉长江一级阶地承压水特征
• 4.3 长江一级阶地竖井基坑实例验算
• 4.4 本章小结
• 第5章 工业路地铁车站渗流应力耦合数值分析
• 5.1 工程概况
• 5.1.1 工程简介
• 5.1.2 场地工程地质条件
• 5.1.3 场地水文地质条件
• 5.2 模型建立
• 5.2.1 计算区域确定
• 5.2.2 边界条件
• 5.2.3 编程思路及流程分析
• 5.3 计算结果分析
• 5.3.1 基坑沉降分析
• 5.3.2 孔隙水压力特征
• 5.3.3 坑底隆起分析
• 5.3.4 动水压力分析
• 5.3.5 承压水水位变化影响
• 5.3.6 耦合与不耦合作用分析对比
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 本文总结
• 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间参加科研项目与所发表的论文情况