晋祠隧道明挖段基坑降水对周围环境的沉降影响研究

论文摘要

降低地下水位必然会导致基坑周围建筑物和地下管线发生沉降，造成不同程度的破坏。针对晋祠隧道明挖段（DK18+088DK18+730）基坑降水施工对周边环境的影响，从以下几个方面进行分析：首先，基于总应力改变和总应力不变两个方面，对降水影响范围内土体的有效应力增量进行计算，并指出孔隙水压力的减小量与有效应力增量不是简单的相等关系；分析太沙基固结理论和比奥固结理论的特点以及它们之间的区别，对基坑降水引发的地表沉降量的计算方法进行总结。其次，基坑降水是一个渗流场与应力场耦合问题，应考虑水土耦合作用对周围环境的影响；分析了基坑降水过程中地下水的渗流特性，并结合固结理论对基坑降水过程中渗流场与应力场的耦合方程进行推导。利用有限差分数值模拟软件FLAC3D，对基坑降水引发的周围环境耦合性状进行分析；指出FLAC3D在分析流固耦合问题上的优点，分别对基坑降水、支护结构的建模过程进行描述，分析了止水帷幕对渗流场特性的影响，得出增大止水帷幕宽度和深度能够有效地减小地表沉降量的结论。最后，简化晋祠隧道地质条件，根据基坑施工，建立有限差分计算模型；结合计算结果与现场实测数据进行对比分析，得到了基坑降水过程中孔隙水压力的变化特征和水位线分布、以及水位降深与地表沉降的关系，结果显示隧道施工不会影响周围建筑物安全使用；利用FLAC3D分析讨论了降水井间距、深度、流量大小、土体渗透系数对降水效果的影响。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 基坑降水的研究现状
• 1.2.1 基坑降水的方法
• 1.2.2 基坑降水的适用条件及不利影响
• 1.2.3 降水引起的地表沉降分析
• 1.3 本文研究内容
• 2 基坑降水引起地表沉降理论分析及计算方法
• 2.1 基坑降水过程中水位线的分布特征
• 2.1.1 降水影响半径
• 2.1.2 降水曲线的确定
• 2.2 基坑降水下的有效应力分析
• 2.2.1 基于总应力不变的有效应力分析
• 2.2.2 基于总应力改变的有效应力分析
• 2.2.3 地下水渗流产生的有效应力增量分析
• 2.3 基坑降水引发的土体固结分析
• 2.3.1 太沙基固结理论
• 2.3.2 比奥固结理论
• 2.3.3 太沙基固结理论与比奥固结理论的比较
• 2.3.4 降水引起土层固结的特点
• 2.4 基坑降水引发的地表沉降量计算
• 2.4.1 根据弹性理论计算基坑地表沉降
• 2.4.2 根据粘弹性理论计算基坑地表沉降
• 2.5 基坑降水过程中渗流场与应力场的耦合分析
• 2.5.1 渗流分析的基本理论
• 2.5.2 地下水渗流的有限差分方程
• 2.5.3 基坑降水过程中渗流场与应力场的耦合方程
• 2.5.4 耦合分析的数值计算
• 2.6 本章小结
• 3 基坑降水过程中的流固耦合数值模拟
• 3.1 有限差分软件 FLAC3D 简介
• 3.1.1 FLAC3D 软件概述
• 3.1.2 FLAC3D 的计算原理
• 3.1.3 FLAC3D 的本构模型和计算模式
• 3.1.4 FLAC3D 的求解流程
• 3.2 流固耦合的数值模拟
• 3.2.1 FLAC3D 流固耦合计算特点
• 3.2.2 流固耦合计算的参数
• 3.2.3 流固耦合计算边界条件
• 3.2.4 流固耦合分析方法的选择
• 3.3 FLAC3D 在基坑工程中的应用
• 3.3.1 降水
• 3.3.2 支护结构
• 3.3.3 止水帷幕
• 3.4 基坑降水过程中的流固耦合数值模拟
• 3.4.1 基本假定
• 3.4.2 计算区域的确定
• 3.4.3 网格划分和边界条件
• 3.4.4 计算参数
• 3.4.5 计算结果分析
• 3.4.6 影响基坑降水效果的主要参数分析
• 3.4.7 降水井的优化
• 3.4.8 未考虑流固耦合作用分析
• 3.5 本章小结
• 4 工程实例及现场监测
• 4.1 工程概况
• 4.1.1 工程地质
• 4.1.2 水文特征
• 4.1.3 地下水处理方案
• 4.1.4 基坑开挖与支护
• 4.2 基坑监测
• 4.2.1 监测目的与监测内容
• 4.2.2 监测点的布置
• 4.3 现场监测结果
• 4.3.1 水位线变化特征分析
• 4.3.2 地表沉降
• 4.3.3 桩体水平位移
• 4.3.4 房屋沉降
• 4.4 减少降水对周围环境影响的工程措施
• 4.5 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集