动态承压水作用下考虑土体非线性的基坑弱透水层出逸比降研究

针对滨海临江地区基坑底部弱透水层由动态承压水导致的突涌问题,将基坑底部弱透水层渗流问题简化为一维越流模型,考虑土体的压缩非线性和渗透非线性,推导动态承压水作用下弱透水层超静孔压半解析解,通过与有限差分解进行对比,验证解的可靠性. 分析土体非线性以及动态承压水参数对弱透水层中超静孔压和开挖面处出逸比降的影响. 分析结果表明：当考虑土体的非线性特性时,弱透水层中各深度处的超静孔压均大于线性假定下的结果;承压水波动过程中基坑开挖面处最大出逸比降随无量纲因子的增加而增加;不考虑土的非线性会使求得的出逸比降偏小. 用线性假定下的解进行突涌稳定性分析或者降水设计均会带来较大的安全隐患,在动态承压水变化周期长、平均水位高、波动幅值大的情况下应充分考虑土体非线性的影响.     

地下水渗流对基坑稳定性影响

论述了基坑开挖过程中常用的降水方法——明沟排水和井点降水以及相应的水流运动;简要阐述了动水压力分析法和管涌(流砂)的产生机理,导出渗流力公式和管涌的安全系数,对影响基坑水力稳定的因素作简要评述;分析了基坑深开挖过程中渗流场的变化规律及对应力场变化的影响,忽略固结效应,将渗流场的水力作用与应力场耦合,力图通过这种分析,以求得地下水渗流对基坑稳定性影响的基本规律的认识。     

卵砾石地层深基坑高承压水降压方案分析

针对上海地铁1号线与6号线换乘部分卵砾石地层中原承压水设计存在的问题,采用三维渗流数值模拟结合现场抽水试验,以及室内圆砾层加固渗透试验,分析了适合本工程地层特性的承压水降压方案。分析结果表明:建立的三维渗流数值模型与现场抽水试验情况吻合,能够作为本基坑工程减压降水的数值模型;将坑外3 m范围和坑内土体的渗透系数降低2个数量级或者只将坑内土体的渗透系数降低3个数量级,基坑的抗突涌稳定系数可以满足规范的要求;采用10%粘土加固,圆砾层的渗透系数下降约2个数量级;采用10%和15%的水泥加固,圆砾层的渗透系数下降3个数量级;承压水降压方案调整为减小地下连续墙深度至49 m,不隔断承压水层,基坑开挖前在整个基坑内部对圆砾层采用10%水泥加固。     

基坑管涌诱发原因及渗流控制

基坑渗流诱发坑后土体管涌破坏是引起基坑工程事故的一个重要因素。针对基坑工程渗流问题的特殊性，探讨了基坑管涌的诱发原因。结合基坑工程典型工况，采用有限元方法分析了管涌发生和发展所引起渗流场显著变化及其对稳定和变形可能产生的危害性。阐述了进行渗流控制研究的重要意义，讨论了渗流控制的关键问题，指出改善渗流场形态是进行渗流控制的重要方面。     

心墙水力劈裂的颗粒流模拟

心墙坝的水力劈裂问题是非连续介质中的非连续变形问题,还牵涉到渗流与土骨架的流固耦合等.基于连续介质理论的有限元法在对水力劈裂问题的模拟分析上有一定的局限性.对于心墙土这种离散材料,采用颗粒流模拟其水力劈裂问题是一种值得深入研究的方法.运用PFC(颗粒流)程序模拟研究水力劈裂的典型物理试验,模拟结果显示,采用颗粒流研究水力劈裂问题是可行的.对均质试样、非均质试样、均质(含软弱带)试样分别进行模拟分析,对比结果表明:均质试样不会发生水力劈裂现象,非均质(含有软弱带)试样发生水力劈裂的可能性最大.对非均质(含软弱带)试样发生水力劈裂的全过程的模拟分析结果初步认为,水力劈裂破坏的力学机理是张拉破坏.     

止水帷幕作用下基坑渗流场特性分析

基坑开挖卸荷导致土体应力场和地下水渗流场发生改变。为了分析止水帷幕对地下水渗流的影响,选取典型的基坑计算模型,利用FLAC3D对止水帷幕作用下基坑开挖过程进行三维流固耦合计算。分析得出基坑开挖过程中孔隙水压力、渗流场的速度特征、地表沉降量、坑底隆起量等的变化规律。结果表明,加宽止水帷幕的宽度,加深插入深度可以有效地控制这些地下水的不利因素,降低基坑开挖对周围环境的影响。     

地下降水对周围环境的影响分析

基坑工程中地下降水引起周围土体地下水位的变化和应力场的改变,致使周围土体发生不均匀沉降等严重后果。通过研究降低地下水位对周围地层移动影响机理,阐明地下降水与地面沉降两者相互影响,存在耦合效应。最后,根据比奥固结经典理论,建立较符合实际条件的地下水渗流场与应力场三维耦合数学模型。该模型较好地考虑了土体力学、土体水力学参数,真实地反映实际工程情况,故对工程实践具有参考作用。     

基于应力-渗流耦合理论的突水力学模型

由于岩石渗透率的突跳现象与底板突水现象的力学机理相同,通过进行实验室三向应力下岩石渗流实验,从力学的角度对底板突水机理进行了合理的解释,并提出了底板突水的实用突水判据.结果表明:底板突水是由于底板应力场与承压水渗流场相互作用形成的,矿山压力导致底板隔水层中的裂隙扩展贯通是底板突水的必要条件,承压水在裂隙面的法向扩张力及切向剪切力大于裂隙面的内力是底板突水的充分条件.只有同时满足充分条件和必要条件时,底板突水事故才会发生,理论分析结果与现场突水规律一致.     

基于孔隙压力黏结单元的准脆性材料水力劈裂模拟

传统数值方法对水力劈裂的模拟一般采用预设裂缝扩展路径,且将水流作用等效为压力荷载,难以反映裂缝渗流-开裂耦合效应. 采用自编程Python脚本程序批量插入孔隙压力黏结单元,考虑裂缝渗流-开裂耦合作用模拟准脆性材料水力劈裂随机扩展全过程. 在对经典理论模型及试验结果模拟验证的基础上,开展含多裂缝均质模型的水力劈裂全过程分析,并进一步建立混凝土细观尺度水力劈裂模型,分析骨料、界面过渡区和基体渗透性对混凝土劈裂全过程的影响. 结果表明,本研究模型可以有效模拟准脆性材料水力劈裂失效过程,准脆性材料多缝开裂过程伴随微裂缝的分叉扩展而非光滑的裂缝扩展路径,骨料及界面过渡区影响劈裂扩展路径造成裂缝分叉出现,混凝土基体的渗透性对其抵抗水力劈裂不利并影响失效软化过程.     

渗流对基坑变形及应力的影响

目的研究基坑的变形和应力在分步开挖的过程中受渗流的影响,分析基坑的变形和应力在考虑渗流和不考虑渗流时的差别．方法对基坑开挖卸荷与支护的过程用Fish语言编程,用FLAC3D进行数值模拟实际施工情况．在考虑渗流影响和不考虑渗流影响两种情况下,首先计算了基坑的水平位移数值解,并将坑顶位移的计算值和实测值对比,计算分析了坑底隆起和周围土体应力应变受渗流的影响．结果渗流会使基坑水平位移、竖向位移和周围土体沉降值增大,这对于基坑稳定是不利因素．渗流最明显的作用是使基坑内部和外部的水平位移都有所增大．渗流作用使基坑支护结构外侧土体竖向有效应力增大,使坑底支护结构内侧土体的竖向有效应力减小,因而增大了土体作用在支护结构上的横向作用力．结论渗流会使基坑的水平位移和坑底隆起变大,也会使周围较远的地面沉降值增大,同时会增大土体作用在支护结构上的横向作用力．     

基坑开挖过程中地下水渗流数值模拟

地下水渗流会对基坑的安全构成威胁。本文基于深基坑工程实例,建立了三维基坑渗流模型。通过对邯郸市某建筑基坑开挖过程中渗流情况的数值模拟,分析了基坑分阶段开挖过程中基坑内外土体中孔隙水压力在时间和空间上的分布规律。分析结果表明基坑开挖过程中地下水由基坑外部向内部渗流,基坑内、外部形成主、被动压力区,对基坑内部稳定性不利。研究结论为深基坑的设计与支护提供理论指导。     

深基坑止水帷幕事故分析及处理实例

本文通过工程实例，对目前高层建筑深基坑支护止水失效的原因和处理方法进行了分析和探讨，并根据工程经验提出了几点建议，供有关技术人员参考借鉴。     

巷道底板承压水突水评价方法研究

华北石炭二叠纪聚煤区是中国最重要的煤炭生产基地,区内众多煤矿皆受煤系底部奥陶系灰岩承压水威胁。针对当前煤矿巷道底板承压水突水评价方法存在的局限和不足,探索研究巷道底板承压水突水评价方法。现行评价方法岩梁法的理论计算前提主要包括：底板隔水层简化为两端固支梁;在岩梁弯矩最大处,底板隔水岩层承受的拉应力超过抗拉强度,岩层拉裂破坏;忽略孔隙水压力对岩石破坏的影响,计算隔水层厚度时抗拉强度取底板隔水层的平均值。事故数据及研究分析表明岩梁法计算假设存在不合理之处,与实际工况有较大偏差。基于对常见矩形巷道围岩应力分布特征的分析,结合巷道实际工况,摒弃底板隔水岩层弯拉破坏模式,提出隔水岩层剪切破坏模式,建立巷道底板承压水突水破坏岩柱模型;基于所建立的岩柱模型,利用极限平衡理论,综合考虑孔隙水压力对岩石破坏的影响,推导底板隔水层承受最大水压的计算评价方法。结果表明：最大水压与隔水层厚度、隔水层平均容重、抗剪强度参数、孔隙水压力系数和巷道宽度直接相关,最大水压与隔水层厚度呈指数函数关系。文中所提评价方法的计算结果与实测吻合,证明该方法合理有效。所提方法也能为地下工程其他专业领域类似的承压水突水问题研究提供借鉴。     

考虑渗流-应力耦合基坑开挖降水数值分析

运用GTS（Geotechnical and Tunnel analysis System）软件对基坑开挖降水过程进行了详细数值模拟,对比分析了基坑开挖时,考虑降水引起的地下水渗流作用和不考虑渗流作用下的基坑周围土体位移、支护结构位移以及内力,同时分析了止水帷幕、渗透系数及降水深度对基坑力学性能的影响.分析结果表明：渗流对基坑工程影响不容忽视,深基坑稳定性分析应当充分考虑地下水渗流的作用;设置止水帷幕可以有效地减小基坑周围土体的变形,渗透系数与降水深度的加大均会使地表沉降值增大.     

FLAC3D在深基坑支护优化设计中的应用

针对现有基坑支护计算理论的缺点,运用FLAC3D对西安市某深基坑在无支护条件下的开挖过程进行了数值模拟,分析了基坑的变形和失稳机理,确定出基坑的破坏模式。据此,对原基坑支护方案进行优化,优化方案又用FLAC3D进行了模拟和现场实验验证。结果表明优化方案是可行的,同时也证实了FLAC3D可以用来对深基坑支护进行优化。     

考虑降水影响与分布开挖的基坑变形数值模拟

为了分析在降水影响下地铁车站基坑的稳定性和现场实测的精确性,建立了基坑体系二维有限元数值模拟.采用弹性模型考虑地基上的非线性性质,针对深基坑开挖过程引起的承载体系受力变形特性,分析了基坑降水和不降水两种情况引起的基坑变形,考虑了地下连续墙与周围土体的相互作用,包括地下连续墙变形、地表沉降及坑底回弹.结果表明,理论分析和实际监测结果较吻合,为工程的顺利实施提供了依据.     

典型城市承压含水层区域性特性

为了避免基坑工程设计和施工中因没有处理好承压水影响而产生的基坑工程事故,研究承压含水层特性.以调查研究杭州钱塘江承压含水层特性为主,参考上海、武汉、北京、天津4个城市有关水文地质方面的研究材料,研究这5个城市的承压含水层特性.比较分析这5个城市的承压含水层埋深、厚度、水位、顶板厚度等特性,介绍各城市典型的工程实例、承压水处理方法及抽降承压水对地面沉降的影响.研究表明:杭州、上海两地潜水与承压水的越流效果不明显,可视条件选择全降水或隔渗帷幕结合减压降水;武汉地区承压含水层埋藏浅,上层承压水可以采用疏干的方法;北京、天津两地单层含水层和隔水层厚度较小,可以尝试自渗降水.     

浅基础建筑物相邻的基坑支护设计中地表变形控制

通过对盐城一深基坑支护设计对周边六层浅基础建筑的影响分析,结合现有相关的国家规范,从基坑周边土体和建筑物变形两个方面综合分析,阐述了深基坑设计过程中,如何对支护周边地表沉降进行计算控制,以保证周边建筑物的安全,同时取得最优经济效益。     

含浅层强透水层堤基的上覆砂层管涌破坏试验研究

堤基中往往存在局部浅层强透水层并形成渗流优先通道,该通道不能大幅度削减流体的水头势能,易引起堤基管涌破坏,此类堤基管涌破坏机理的研究尚不明朗,仍需进一步研究。采用砂槽试验模拟堤基渗流,试验中通过抬升水箱水位,观察砂土中细颗粒流失现象,并分析渗流量、渗透坡降、测压管水头、砂土颗粒级配、锥头阻力、沉降量等关键参数。试验结果表明,水箱水位增大至48 cm,浅层强透水层上覆砂层被“击穿”发生管涌破坏,管涌破坏分为稳定渗流阶段、细颗粒流失阶段（0.05 < d ≤ 0.075粒级砂土流失）、较细颗粒流失阶段（0.075 < d ≤ 0.1粒级砂土流失）、管涌破坏扩大阶段（0.1 < d ≤ 0.25粒级砂土流失）。管涌破坏过程中,细颗粒砂土流失,锥头阻力降低,砂土层发生沉降,且较细颗粒流失阶段的沉降较为突出。细颗粒砂土流失导致砂土层孔隙率和渗透系数上升,渗流量和渗透坡降随之增大。