昆明城市环境下附加应力场效应研究

论文摘要

回顾环境岩土工程学的兴起和发展,讨论环境岩土工程学的研究对象和内容,并在此基础上探讨研究环境岩土工程学的方法论,本文认为：定性定量相结合的综合集成方法是目前研究环境岩土工程学的科学方法。分析国内外城市环境效应的研究现状,提出本文的研究内容,阐述本文研究的理论和实践意义。昆明市地处云贵高原,是中国西南部的政治商贸中心。随着昆明城市化进程的加快,生产、生活及大量的工程活动引起的地面沉降、基坑失稳等附加应力场效应日趋严重。修正目前国内学者对附加应力场的定义,在此基础上,阐述影响附加应力场的内外因,从场的角度将外因归纳为荷载场、水化学场、温度场、电磁场等。附加应力场是指由于外部环境的变化而引起土体中的应力。根据1979-1998年观测数据分析,昆明市存在着严重的地面沉降,且呈不断加深的趋势。从昆明市水文地质条件及工程地质条件着手,分析了地下水位升降可能引发的附加应力场效应,揭示了开采地下水引起地面沉降的机理,即开采地下水一方面使土体产生压密作用,另一方面使土层固结而沉降。由于昆明市存在厚度较大的中、高压缩性土层,是昆明市地面沉降过大的根本原因。然后提出了控制昆明市地面沉降的对策。城市建设将在土体中产生附加应力场,其对区域性地面沉降有着不可忽视的贡献。探讨了在建筑群荷载下的影响深度,分析表明：建筑群对变形的影响深度大于单体建筑物的影响深度,小于按常规方法计算得到的结果。通过FLAC-3D模拟建筑群不同建设过程及建设方式对地基沉降的影响,结果表明：等效荷载的沉降最大,分栋施工下的沉降次之,整体施工下的沉降最小。基坑工程涉及强度、稳定、变形及土与挡土支护的共同作用问题,具有复杂性、系统性、不确定性等特点。基坑工程可能引发众多的附加应力场效应,而地面变形作为其中的环境问题之一,具有普遍性和灾害性。运用FLAC-3D对一工程实例进行分析比较,结果表明：数值模拟结果跟监测数据基本一致。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 环境岩土工程学的产生与发展
• 1.2.1 环境岩土工程的定义
• 1.2.2 环境岩土工程学的研究内容
• 1.3 城市环境效应的研究现状
• 1.3.1 地下水位升降环境效应的研究现状
• 1.3.2 基坑工程环境效应的研究现状
• 1.3.3 城市环境下其它环境效应的研究现状
• 1.4 环境岩土工程学的方法论研究
• 1.4.1 探索力学范畴之外的新方法
• 1.4.2 可持续发展的观点
• 1.4.3 定性定量相结合的综合集成方法
• 1.5 本文的研究意义、内容及技术路线
• 1.5.1 研究意义
• 1.5.2 研究内容
• 1.5.3 技术路线
• 第2章 城市环境下土体附加应力场
• 2.1 附加应力场的定义
• 2.2 附加应力场的影响因素分析
• 2.2.1 内因
• 2.2.2 外因
• 2.3 竖向集中力作用下的附加应力场
• 2.4 地基的非均质性与各向异性对附加应力场的影响
• 2.4.1 双层地基
• 2.4.2 变形模量随深度而增加的地基
• 2.4.3 各向异性地基
• 2.5 小结
• 第3章 地下水位升降的附加应力场效应
• 3.1 自然地理概况
• 3.1.1 自然地理
• 3.1.2 地形地貌
• 3.1.3 气象概况
• 3.2 昆明市水文地质及工程地质条件
• 3.2.1 水文地质条件
• 3.2.2 工程地质条件
• 3.3 地下水位升降的附加应力场效应
• 3.3.1 地下水位上升的附加应力场效应
• 3.3.2 地下水位下降的附加应力场效应
• 3.4 昆明市地面沉降的现状
• 3.4.1 1979～1986年测量结果
• 3.4.2 1986～1993年测量结果
• 3.4.3 1993～1998年测量结果
• 3.5 过量开采地下水导致的地面沉降机理分析
• 3.5.1 昆明市地面沉降的特点
• 3.5.2 昆明市地下水位与地面沉降
• 3.5.3 基于变形等效的有效应力原理推导
• 3.5.4 地面沉降机理分析
• 3.6 昆明市地面沉降预防措施
• 3.6.1 加强地面沉降监测
• 3.6.2 控制地下水开采量
• 3.6.3 调整地下水开采层次
• 3.6.4 人工回灌地下含水层
• 3.7 小结
• 第4章 城市建设的附加应力场效应
• 4.1 地基沉降的原因及计算方法
• 4.1.1 地基沉降的原因
• 4.1.2 地基沉降的组成
• 4.1.3 地基沉降的计算方法
• 4.2 城市建设的影响深度
• 4.2.1 按变形考虑
• 4.2.2 按应力考虑
• 4.2.3 建筑群的影响深度
• 4.3 FLAC-3D程序原理简介
• 4.3.1 FLAC-3D简介
• 4.3.2 FLAC-3D求解的基本原理
• 4.3.3 FLAC-3D求解一般过程
• 4.4 FLAC-3D建筑群沉降效应的模拟
• 4.4.1 修正剑桥模型简介
• 4.4.2 工程概况
• 4.4.3 FLAC3D分析模型的建立
• 4.4.4 计算结果
• 4.4.5 结果分析
• 4.5 小结
• 第5章 基坑工程的附加应力场效应
• 5.1 基坑工程的特点
• 5.2 基坑工程的主要附加应力场效应
• 5.2.1 降排水的附加应力场效应
• 5.2.2 围护桩施工附加应力场效应
• 5.2.3 土方开挖附加应力场效应
• 5.2.4 止水帷幕渗漏水附加应力场效应
• 5.3 基坑变形的计算方法
• 5.3.1 基坑周边沉降的可能原因
• 5.3.2 基坑变形的模式
• 5.3.3 估算地面变形的方法
• 5.4 工程实例模拟及分析
• 5.4.1 工程概况
• 5.4.2 基坑周边环境
• 5.4.3 西侧基坑支护方案
• 5.4.4 FLAC-3D计算模型的建立
• 5.4.5 计算结果及其分析
• 5.5 基坑工程附加应力场效应防治的对策
• 5.5.1 地质勘察和环境调查是基础
• 5.5.2 优化基坑支护的方案和设计
• 5.5.3 重视对地下水的处理
• 5.5.4 信息化施工是关键
• 5.6 小结
• 第6章 主要结论与进一步研究建议
• 6.1 主要结论
• 6.2 进一步研究建议
• 致谢
• 攻读硕士期间发表论文
• 参考文献