深基坑降水作用下遠(yuǎn)場土層變形機(jī)理研究

在富含地下水的地區(qū)進(jìn)行地下空間開發(fā)時，需對地下水進(jìn)行處理，特別是涉及承壓含水層時需進(jìn)行減壓降水。降水會改變周邊土體的受力條件，影響土體的變形，給基坑的安全施工和環(huán)境保護(hù)提出新的難題。因此，研究深基坑中減壓降水引起的地下水滲流場及土體變形發(fā)展規(guī)律，并提出相應(yīng)的環(huán)境保護(hù)措施具有重要意義。本項目針對沿海軟土地區(qū)基坑工程，采用模型試驗、現(xiàn)場測試和數(shù)值分析等方法，研究了深基坑減壓降排水引發(fā)土體變形與沉降機(jī)理。首先開展上海典型軟土室內(nèi)試驗，獲得了典型土層的基本物理力學(xué)參數(shù)。采用改進(jìn)的GDS三軸試驗儀對上海黏土土樣進(jìn)行室內(nèi)降壓回灌模擬試驗，研究降壓回灌的滲流作用對黏土滲透特性的影響規(guī)律。試驗通過設(shè)置圍壓和初始孔壓來控制土樣應(yīng)力水平，利用反壓變化模擬孔隙水的降壓和回灌過程，測試土樣的滲流變化與變形，從而分析土樣孔隙比、滲透系數(shù)等參數(shù)的變化規(guī)律?；诘湫屯翆幼冃问覂?nèi)試驗結(jié)果，推導(dǎo)出考慮降水影響的本構(gòu)模型及參數(shù)，進(jìn)一步提出了基于流固耦合理論的深基坑降水環(huán)境影響分析方法，開展了三維流固耦合數(shù)值分析，研究獲得了開挖降水耦合作用下地面沉降規(guī)律，揭示了基坑卸荷影響下減壓降水引起的坑外土體變形規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，滲透系數(shù)在降壓階段因孔隙比減小而降低，并存在非線性關(guān)系；土體孔隙比在回灌階段逐漸增大，但滲透系數(shù)因堵塞效應(yīng)而呈現(xiàn)進(jìn)一步降低趨勢；可用e-lgk擬合曲線建立孔隙比與滲透系數(shù)之間的非線性關(guān)系。減壓降水會加劇坑外地表沉降，影響范圍超出了4倍最大開挖深度（簡稱為He）。卸荷影響下降水引起的地表沉降最大值出現(xiàn)在坑外2He處?？油?He以外區(qū)域，降水引起地表沉降的分布與承壓含水層水頭降低分布特征一致；坑外2He以內(nèi)區(qū)域，地表沉降分布與水頭降低分布差異顯著。卸荷影響下降水引起的地表沉降主要為承壓含水層的壓縮變形，同時，由于墻土相互作用和卸荷效應(yīng)的影響，上覆土層在坑外2He內(nèi)出現(xiàn)了膨脹變形。根據(jù)上述研究，提出深基坑施工中減壓降水引起坑外地表沉降的分布模式。研究成果闡明了基坑降排水引起地面沉降災(zāi)害及其控制機(jī)理具有重要意義，為深基坑減壓降水引發(fā)地面沉降的防治措施研究提供了理論基礎(chǔ)。 2100433B

大規(guī)模巖土工程活動已成為城市地面沉降的重要誘因，復(fù)雜地質(zhì)條件下深基坑工程大面積降排水對地面沉降的加速作用日益突出。基坑臨時性降水的滲流變形不同步和止水帷幕的遮攔效應(yīng)導(dǎo)致土層流固耦合作用復(fù)雜化，使得地面沉降的預(yù)測和控制更為困難。本項目針對深基坑引起的工程性地面沉降問題，采用模型試驗、現(xiàn)場測試和數(shù)值分析等方法研究基坑降水引起的遠(yuǎn)場土層變形機(jī)理及分析方法。在研制室內(nèi)降水模擬試驗系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過模型試驗研究組合土層試樣在減壓降水作用下的變形響應(yīng)特征，確定合理的本構(gòu)模型和參數(shù)；研究基于流固耦合理論的降排水?dāng)?shù)值模擬方法，結(jié)合模型試驗和現(xiàn)場測試，探討不同地層結(jié)構(gòu)和止水形式下降排水的環(huán)境效應(yīng)及其影響規(guī)律，揭示基坑降水過程中遠(yuǎn)場土層受力變形和滲流響應(yīng)機(jī)理，建立土層變形預(yù)測方法。研究成果對于闡明基坑降排水引起地面沉降災(zāi)害及其控制機(jī)理具有重要意義，將為深基坑減壓降水引發(fā)地面沉降的防治措施研究提供理論基礎(chǔ)。

本項目通過大量資料收集、室內(nèi)試驗、工程案例分析、現(xiàn)場試驗、數(shù)值模擬和示范應(yīng)用等多種研究手段，系統(tǒng)地開展了深基坑減壓降水地面沉降機(jī)理及防治技術(shù)研究，取得的主要成果如下：①通過自主研發(fā)的土層滲流分層固結(jié)變形三軸模擬試驗系統(tǒng)，模擬了深基坑減壓降水作用下土體變形特征，提出了上海地區(qū)典型土層本構(gòu)模型和模型參數(shù)；②以上海全域為研究尺度，系統(tǒng)研究了深基坑減壓降水引發(fā)的地面沉降規(guī)律，基于深基坑減壓降水地面沉降防治綜合分區(qū)研究，提出了深基坑減壓降水地面沉降控制指標(biāo)；③系統(tǒng)地提出了"基坑圍護(hù)與工程降水設(shè)計一體化"技術(shù)方法及實施路徑；④從深基坑減壓降水引發(fā)地面沉降理論、控制指標(biāo)、防治技術(shù)、管理措施等方面，系統(tǒng)地總結(jié)了深基坑減壓降水地面沉降防治對策。項目成果已成功應(yīng)用于地鐵9號線金海路站等深基坑工程，獲得了很好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，為《建設(shè)項目地質(zhì)災(zāi)害危險性評估技術(shù)規(guī)程》（DGJ08-2007-2006）的修編提供了重要技術(shù)依據(jù)，為《上海市地面沉降防治管理條例》的有效實施提供了有力技術(shù)支撐。 2100433B

金屬的熱變形機(jī)構(gòu)有滑移變形、孿生變形、晶界滑移、擴(kuò)散蠕變。在不同條件下，·這四種變形機(jī)構(gòu)在塑性變形中所占的份量和起的作用不盡相同。其中，晶內(nèi)的滑移變形是最重要和大量的常見的機(jī)構(gòu)。孿生變形一般在低溫或常溫高速應(yīng)變時發(fā)生，對六方晶體結(jié)構(gòu)金屬這種機(jī)理比較重要。而晶界滑移和擴(kuò)散蠕變只在高溫時才可能發(fā)揮作用。影響這些變形機(jī)理發(fā)揮作用的主要因素是金屬材料的組織結(jié)構(gòu)、變形溫度。但是，在熱變形時，出現(xiàn)的動態(tài)回復(fù)，動態(tài)再結(jié)晶以及在壓應(yīng)力狀態(tài)下擴(kuò)散修復(fù)機(jī)理，對上述變形機(jī)構(gòu)起著直接的調(diào)節(jié)和控制作用。

第一章深基坑周圍地表沉降及變形分析

1.1概述

1.2深開挖引起的地表沉降

1.3求擋土樁側(cè)向位移曲線

1.4確定最大下沉值

1.5地表變形計算

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