基坑降水引起地面沉降的有限元分析

论文摘要

本文对基坑工程的研究现状以及引起的对周围环境的影响作了较为详细的论述,并着重对基坑工程降水产生的不良现象进行分析。从以下几个方面进行了研究:依据降水设计的基本原则、设计技术要求和设计方法,研究了土体渗透系数和降水影响半径的确定方法。对渗流理论做了较全面的回顾;其次推导了二维非稳定渗流数学模型,并对数学模型进行了有限元分析。以Biot固结理论为基础,根据土体的平衡微分方程、质量守恒定律、有效应力原理以及达西定律建立了渗流场与应力场耦合数学模型,并且提出了直接耦合有限元计算方法。利用有限元软件ABAQUS对基坑降水引起周围土体沉降性状进行分析。将直接耦合有限元模型应用于上海圣林广场基坑降水工程,并将计算结果和现场实测数据进行对比,验证了直接耦合模型在工程应用中的合理性,具有一定的理论意义和实用价值。然后通过二维有限元计算分析表明:降水后基坑周围地表沉降的分布规律受基坑周围土体弹性模量、渗透系数和降水深度等因素影响。并对基坑周围土体沉降性状依次进行了分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 基坑降水研究现状
• 1.2.1 降水设计与施工现状
• 1.2.2 基坑降水渗流研究现状
• 1.2.3 地表沉降分析方法概述
• 1.2.4 基坑降水与地面沉降耦合研究现状
• 1.3 本文的研究内容
• 1.4 本文的研究路线
• 1.5 本文的特色
• 第二章 基坑降水方法和设计
• 2.1 降水作用与适用条件
• 2.2 基坑降水方法
• 2.3 井点降水基本理论
• 2.4 基坑降水设计方法
• 2.4.1 初步确定井深
• 2.4.2 降水影响半径的确定
• 2.4.3 渗透系数的确定
• 2.4.4 计算基坑涌水量Q
• 2.4.5 计算单井干扰出水量
• 2.4.6 初步确定降水井数量n、井点间距a
• 2.5 小结
• 第三章 渗流理论基础
• 3.1 渗流基本概念
• 3.2 基坑围护结构（或隔水帷幕）周围的地下水渗流特征
• 3.2.1 第一类基坑围护结构（隔水帷幕）周围的地下水渗流特征
• 3.2.2 第二类基坑围护结构（隔水帷幕）周围的地下水渗流特征
• 3.2.3 第三类基坑围护结构（隔水帷幕）周围的地下水渗流特征
• 3.3 二维非稳定渗流数学模型的建立
• 3.3.1 承压水二维非稳定渗流数学模型的建立
• 3.3.2 潜水二维非稳定渗流数学模型的建立
• 3.4 二维非稳定渗流有限元基本方程
• 3.4.1 单元剖分和形函数构造
• 3.4.2 非稳定渗流问题有限元基本方程
• 3.5 本章小结
• 第四章 基坑降水与地面沉降的耦合
• 4.1 有效应力增量的计算
• 4.1.1 己有的有效应力计算方法
• 4.1.2 基于总应力变化的有效应力计算方法
• 0'>4.1.3 土层疏干区的持水密度 ρ₀
• 4.2 地面沉降量的计算
• 4.2.1 工程中常用的计算方法
• 4.2.2 根据前期固结压力的分层总和法
• 4.3 降水引起固结沉降模型的计算
• 4.3.1 太沙基固结理论
• 4.3.2 比奥基固结理论
• 4.3.3 比奥固结理论与太沙基固结理论的比较
• 4.3.4 比奥固结方程的有限元解法
• 4.3.5 比奥固结方程的有限元求解的稳定性讨论
• 4.4 本章小结
• 第五章 用ABAQUS对基坑降水引起周围土体沉降的模拟和分析
• 5.1 ABAQUS简介
• 5.2 用ABAQUS对基坑降水引起周围土体沉降的实例验证
• 5.2.1 降水场地的工程概况
• 5.2.2 工程地质概况
• 5.2.3 围护及降水方案
• 5.2.4 监测方案
• 5.2.5 用ABAQUS对基坑降水引起周围土体沉降的模拟
• 5.2.6 计算结果与分析
• 5.2.7 基坑降水引起的周围土体沉降性状分析
• 5.3 防止抽水地面沉降控制措施分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 研究生期间的成果
• 致谢