非稳定渗流作用下基坑支护结构稳定性分析

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在地下水位较高的地区开挖基坑时,由于降水可使得基坑内外存在水头差,并且该水头差一般会随时间而变化,因此土体中将发生非稳定饱和-非饱和渗流。大量工程实践表明,渗流对基坑支护结构稳定性的影响十分显著,但目前有关考虑非稳定饱和-非饱和渗流对基坑性状影响的研究尚不多见。本文利用有限元方法模拟了由于基坑降水开挖引起的非稳定渗流,并以水泥土挡土墙为例,初步研究了非稳定渗流对基坑及其支护结构稳定性的影响,主要进展如下。1、在简要介绍非稳定饱和-非饱和渗流的有限元控制方程及定解条件的基础上,利用软件SEEP/W模拟了基坑在降水过程中的瞬态渗流场,分析了作用在水泥土挡土墙前后的水压力及墙底浮力在降水过程中的变化规律,并与静水压力和稳定渗流水压力进行了比较,从水压力方面证明了考虑非稳定渗流的必要性。2、基于库仑土压力理论的假定,利用水平层分析法,推导了考虑非稳定渗流时作用于挡土墙上的土压力强度的计算公式,并编制了Fortran程序,以求得土压力强度的非线性分布解及其合力的作用点位置。重点分析了土体渗透系数、内外摩擦角和降水方案等因素对侧压力分布形式及其作用点位置的影响。在此基础上,研究了降水过程中挡土墙的抗倾覆安全系数和抗水平滑动稳定安全系数的变化规律,并讨论了上述因素对二者的影响。数值分析表明,降水引起的渗流对挡土墙抗倾覆和抗水平滑动稳定性是有利的,按不考虑渗流计算设计是偏于安全的。3、联合应用软件SLOPE/W和SEEP/W,分析了降水过程中基坑整体稳定安全系数的变化规律,并探讨了降水方案、渗透系数对整体稳定性的影响。结果表明,与渗流对挡土墙的抗倾覆和抗滑移稳定性的有利影响正好相反的是,非稳定渗流对基坑整体稳定性是不利的,如果不考虑渗流将使得计算结果偏于危险。因而在设计时只有充分考虑地下水渗流的影响,才能保证设计的合理性。
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