武汉市地质条件下的地下水浮力的研究

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经济的快速发展,城市发展从原来的平面扩张转移到对地下空间的利用。地下水对地下结构的浮力作用是制约地下空间开发的一个关键因素,地下水对地下结构的浮力作用荷载计算合理与否,不仅关系到结构本身的安全,并且关系到工程的造价和施工工期等多方面的问题。系统地开展地下水浮力作用的研究,其研究成果可以有效地指导抗浮工程设计,从而可以确保地下工程结构本身的安全,节约抗浮措施的成本投入,合理地安排工期。地下水对地下结构的浮力作用,实质上就是土体中孔隙水压力对结构基底的作用,场地中孔隙水压力场的研究才是开展地下水浮力研究的核心所在。场地内孔隙水压力场的确定须解决如下几个问题:(1)须对场地的水文地质条件进行勘探、调查,详细掌握场地的水文地质资料;(2)基于勘察资料,确定场地地下水的类型、边界水头、以及地下水渗流类型;(3)结合现有的地下水渗流理论,借助现已较为成熟的地下水渗流计算软件开展对场地内孔隙水压力场的计算。本文基于地下水浮力作用的机理,针对武汉地区的水文地质条件实际,做的主要工作和得出的主要成果如下:(1)对武汉市的水文地质条件做了搜集、整理,简要的对该地区的水文地质特点做了分析,总结归纳了一些确定武汉地区场地边界水头的方法,存在的地下水渗流类型等;(2)孔隙水压力场是由土体-地下水-结构三者共同作用形成的。本文对武汉市的典型地层、不同的地下水类型、不同的结构型式进行组合,确定了八种工况。根据确定的八种工况,本文结合现有的地下水渗流理论,借助现已较为成熟的地下水渗流计算软件对这八种工况做了数值分析,分析结果给出了不同工况下,孔隙水压力场在土层中的分布情况、以及孔隙水压力在结构底部和顶部的分布情况;(3)武胜路地下通道位于汉口,其场地为典型的长江、汉江Ⅰ级阶地。本文根据该工程所提供的地质、水文资料,采用有限元的计算方法,对渗流作用下的地下通道结构的浮力进行了计算,并与采用传统的静水压力计算方法的计算结果进行比对。比对结果发现,考虑了渗流的浮力计算值比采用静水压力方法的浮力计算值小很多,说明,传统的静水压力方法计算地下结构浮力有一定的局限,会增加抗浮成本,造成工程浪费。
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