地下水渗流对基坑及支护结构受力变形影响的分析研究

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在地下水位较高地区开挖基坑需进行降水,一是为了给施工提供干燥环境,二是为了加固土体。而土体中原有的渗流场以及应力场会随着基坑降水开挖不断改变,可能诱发基坑工程事故,所以正确分析渗流对基坑及支护结构受力变形的影响是很重要的,本文主要研究内容及成果如下:1.通过实验槽模型试验和室内三轴压缩试验,分析了降水渗流对土体的加固作用,以及对比了各种工况作用下挡墙上水土压力实测值与理论值。结果表明:降水渗流能够改善土体的抗剪强度;实验槽上部土体水土侧压力用水土分算计算更为合理,下部土体水土侧压力用水土合算计算更为合理。2.用有限元软件ABAQUS对江苏华电句容发电厂2#圆形煤场深基坑工程进行数值模拟分析,结合现场监测数据,就考虑地下水渗流与不考虑地下水渗流两种工况,对比分析了该基坑的变形及稳定情况。结果表明:考虑地下水渗流作用的工况模拟计算值与现场监测数据较为接近;与不考虑地下水渗流相比,有渗流作用时,基坑开挖至相对标高-12.3m时,距坑壁15m处坑外地表下沉了约20mm,圈梁顶部水平位移增大了1.5mm左右,坑底最大隆起变形量增长了约21%,桩身最大水平位移增大了5mm,桩身最大水平位移的位置下移了2m;故渗流作用对基坑及支护结构的变形都不利,因此在基坑支护设计中应考虑渗流作用的影响。3.改变降水井深度、降水井数量、止水帷幕埋深以及土层渗透系数等渗流作用影响因素,分析基坑及支护结构变形的变化情况,结果表明:(1)降水深度越大,最终降水稳定时,坑内外水位越低,从而增大坑外地表沉降量,减小圈梁顶部水平位移,同时坑底隆起变形量亦减小,但桩身上部水平位移减小、下部水平位移增大;(2)降水井数量减少可以减小对坑外地表沉降的影响,但基坑的侧向位移及坑底隆起变形量均增大,且随着降水井数量的减少,桩顶侧向位移增大,桩底侧向位移减小。(3)止水帷幕埋置越深,坑外水位越高,对控制坑外地表沉降越有利,但坑内水位会随着止水帷幕埋置深度的加大而降低,故坑内外水头差增大,不利于基坑及支护结构的侧向变形。(4)坑底土层渗透系数增大时,对坑外地表沉降和坑壁侧向变形的影响较小,但坑底隆起变形量明显增加,桩身侧向位移随着渗透系数的增大而减小。
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